Вся микробиология

Универсальные L-трансформанты:

•антибиотики (бензилпенициллин и его полусинтетические аналоги, цефалоспорины, D-циклосерин, бацитрацин, ванкомицин, стрептомицин, тетрациклин и др.);

•аминокислоты (глицин, фенилаланин, аргинин и др.);

•лизоцим;

•физические факторы (УФО, рентгеновское облучение, магнитные поля и др.).

L-формы обладают следующими свойствами:

•способны длительно персистировать в организме;

•способны к реверсии, т.е. возврату в исходную бактериальную форму;

•у них снижена вирулентность;

•изменена антигенная структура (утрата К- и О-антигенов);

•утрачены мезосомы, которые не восстанавливаются и при реверсии;

•снижено количество нуклеиновых кислот;

•увеличено количество липидов.

Лекция 3

Физиология микроорганизмов. Метаболизм бактерий.

Физиология микроорганизмов включает:

•типы питания;

•типы дыхания;

•культивирование (условия, среды, характер и скорость роста);

•биохимическую активность;

•изменчивость;

•выделение биологически активных веществ, токсинов и других факторов патогенности;

•чувствительность к антибиотикам, бактериофагам, бактериоцинам;

•другие биологические свойства.

Метаболизм бактерий ― совокупность физико-химических процессов (химических превращений и реакций), направленных на воспроизводство структур и обеспечение жизненных функций микробной клетки, таких как:

•рост и размножение;

•отложение резервного пищевого материала;

•транспорт питательных веществ в микробную клетку;

•выделение продуктов метаболизма (токсинов, ферментов, антибиотиков и других биологически активных веществ);

•движение;

•спорообразование;

•адгезия на рецепторах клеток хозяина и проникновение в них;

•различных адаптивных реакций на изменение внешней среды.

Анаболизм — совокупность биохимических реакций, осуществляющих синтез компонентов клетки.

Катаболизм — совокупность реакций, обеспечивающих клетку энергией.

Схема изучения метаболизма – этапы:

1.Начальный (периферический) метаболизм – проникновение веществ в клетку извне и распад до промежуточных продуктов.

2.Амфиболизм (промежуточный метаболизм) – образование промежуточных продуктов метаболизма, общих для катаболических и анаболических путей.

3.Конечные, строго специализированные этапы конструктивного метаболизма (ведут к построению структур клетки) и энергетического метаболизма (образование АТФ).

Механизмы проникновения питательных веществ в клетку:

•Простая диффузия (для истинных растворов). Энергонезависимый процесс.

•Облегченная диффузия («паром по течению») – в направлении градиента концентрации с участием белков – переносчиков. Энергозависимый процесс.

•Активный транспорт – против концентрационного и электрохимического градиента с участием пермеаз (амино-, оксикислотных, ионных и др.). Процесс идет с затратой энергии АТФ, зависит от заряда веществ и их трансформации в процессе переноса.

Микроорганизмы по способности усваивать источники углерода делятся на две группы: автотрофы (лат. autos — сам, trophe — питание) синтезируют все углеродсодержащие компоненты клетки из СО2 как единственного источника углерода и гетеротрофы (лат. heteros — другой, «питающийся за счет других») используют разнообразные органические углеродсодержащие соединения.

Взависимости от источников энергии и микроорганизмы подразделяют на фототрофы (фотосинтезирующие), способные использовать солнечную энергию, и хемотрофы (хемосинтезирующие), получающие энергию за счет окислительно-восстановительных реакций.

Взависимости от используемых доноров электронов бактерии разделяют на литотрофы (используют неорганические доноры электронов) и органотрофы (используют органические соединения).

Прототрофы ― микроорганизмы, способные синтезировать все необходимые им органические соединения из глюкозы и солей аммония.

Ауксотрофы ― микроорганизмы, не способные синтезировать какие-либо органические соединения. Они получают эти соединения в готовом виде из окружающей среды или организма человека.

Ферменты (от греч. fermentum ― закваска ) ― высокоспецифические белковые катализаторы, присутствующие во всех живых клетках, без которых не возможны жизнь и размножение. Ферменты распознают соответствующие им метаболиты (субстраты), вступают с ними во взаимодействие и ускоряют химические реакции. Ферменты являются белками.

Ферментный состав микроорганизма определяется геномом и является достаточно стабильным признаком. Определение ферментов широко применяется для биохимической идентификации бактерий.

Эндоферменты катализируют метаболизм проходящий внутри клетки. Экзоферменты выделяются клеткой в окружающую среду.

Конститутивные ферменты постоянно синтезируются в определенных концентрациях.

Индуцибельные ферменты – это ферменты, концентрация которых увеличивается при поступлении соответствующего субстрата.

Ферменты агрессии: гиалуронидаза, фибринолизин, нейраминидаза, коллагеназа, лецитиназа (лецитовителлаза), коагулаза, уреаза, аминокислотные декарбоксилазы, дезоксирибонуклеаза.

Культивирование ― получение культур микроорганизмов в условиях искусственной питательной среды.

Цели культивирования:

•получение чистых культур патогенных микроорганизмов и их идентификация;

•накопление биомассы продуцентов БАВ (витаминов, гормонов, аминокислот, антибиотиков и др.);

•получение диагностических и профилактических препаратов (вакцин, диагностикумов);

•хранение эталонных музейных культур.

Культура – популяция микроорганизмов, выращенная на питательной среде.

Чистая культура – популяция одного вида микроорганизмов, выращенная из изолированной колонии на питательной среде.

Большинство патогенных микробов выращивают на питательных средах при температуре 37°С в течение 1−2 сут.

Классификация питательных сред

По консистенции: жидкие, полужидкие, плотные.

По происхождению: естественные (молоко, картофель), искусственные, полусинтетические, синтетические.

По составу: простые (МПА, МПБ, овощи, молоко), сложные (1% глюкозы, 10−20% сыворотки крови, 20−30% асцитической жидкости, 5−10% дефибринированной крови).

По назначению:

•универсальные — среды, на которых хорошо растут многие виды бактерий. К ним относятся мясо-пептонный бульон (МПБ) и мясопептонный агар (МПА);

•специальные ― среды, специально приготовленные для получения роста бактерий, которые не растут на универсальных средах;

•дифференциально-диагностические ― среды, позволяющие отличать одни виды бактерий от других по ферментативной активности;

•селективные — среды, содержащие вещества, используемые микроорганизмами определенных видов и препятствующие росту других микроорганизмов. Селективные среды позволяют направленно отбирать из исследуемого материала определенные виды бактерий;

•дифференциально-селективные — среды, сочетающие в себе свойства дифференциально-диагностических и селективных сред;

•консервирующие;

•обогатительные.

Размножение бактерий на жидких и плотных питательных средах.

Рост ― координированное воспроизведение всех компонентов бактериальной клетки и увеличение ее биомассы. Размножение ― воспроизводство и увеличение количества клеток, приводящее к образованию бактериальной популяции.

Бактерии характеризуются высокой скоростью размножения. Скорость размножения зависит от видовой принадлежности, состава питательной среды, рН, температуры, аэрации.

На плотных питательных средах бактерии образуют скопления клеток, называемые колониями. Колонии разных видов отличаются по размерам, форме, консистенции, окраске, характеру краев, характеру поверхности, прозрачности. Характер роста на жидких питательных средах: пленочный (образованием пленки на поверхности питательной среды), диффузное помутнение, придонный (образование осадка).

Фазы развития бактериальной популяции

1.Исходная стационарная фаза (~ 1−2 ч.). Число бактерий не увеличивается, клетки не растут.

2.Лаг-фаза или фаза задержки размножения (~ 2 ч.).

3.Log-фаза ― логарифмическая или экспоненциальная фаза (~ 3−5 ч). Популяция делится с максимальной скоростью и идет увеличение особей в геометрической прогрессии.

4.Фаза отрицательного ускорения (~ 2 ч.). Связана с истощением лимитирующего метаболита или накоплением токсических продуктов метаболизма.

5.Стационарная фаза максимума. Количество образующихся и отмирающих клеток одинаково.

6.Фаза ускоренной гибели (~ 3 ч.).

7.Логарифмическая фаза гибели (~ 5 ч.).

8.Фаза уменьшения скорости отмирания – остающиеся живые особи переходят в состояние покоя.

Энергетический метаболизм бактерий

Аэробы ― микроорганизмы, использующие аэробный (окислительный) тип биологоческого окисления субстратов. Метаболизм аэробов осуществляется только при наличии в среде обитания высокой концентрации свободного кислорода, который выполняет функцию конечного акцептора отнятых от субстрата электронов. Культивирование аэробов осуществляют на средах с полным доступом кислорода воздуха.

Облигатные анаэробы ― микроорганизмы, использующие анаэробный тип биологического окисления (брожение). Метаболизм осуществляется только в средах с низким окислительно-востановительным потенциалом при отсутствии кислорода.

Повышение концентрации кислорода в среде ведет к гибели вегетативных форм. Количество извлекаемой в процессе брожения энергии невелико, поэтому облигатные анаэробы вынуждены сбраживать большое количество субстрата.

Факультативные анаэробы ― микроорганизмы, способные извлекать энергию из субстратов аэробным (окислительным) и анаэробным (бродильным) путями биологического окисления. Метаболизм может осуществляться как в условиях полного доступа кислорода в среду, так и в условиях анаэробиоза.

Методы создания анаэробиоза

Физические: посев в столбик сахарного МПА, кипячение (регенерация) жидких питательных сред с последующим масляным покрытием, механическое удаление кислорода в анаэростатах, замена кислорода индиферентным газом, трубки Вейона-Виньяля.

Химические:газогенераторные пакеты. Биологические: среда Китта-Тароцци, метод Фортнера.

Лекция 4

Бактериофаги. Генетика микроорганизмов.