Предмет и задачи микробиологии

Микробиология (греч. micro — малый, bios — жизнь, logos — учение) — наука о мельчайших, невидимых невооруженным глазом организмах, названных микробами или микроорганизмами. Она изучает закономерности их жизни и развития, а также изменения, вызываемые ими в организме людей, животных, растений и в неживой природе.

Развитие микробиологии, как и других научных дисциплин, находится в тесной зависимости от способов производства, запросов практики, общего прогресса науки и техники. В настоящее время в соответствии с потребностями общества микробиология дифференцировалась на:

· медицинскую — изучает патогенные микроорганизмы, вызывающие заболевания человека, и разрабатывает методы диагностики, профилактики и лечения этих болезней;

· сельскохозяйственную — изучает возбудителей, разрабатывает различные методы борьбы с ними, изучает роль микроорганизмов в образовании и плодородии почв, в питании растений, совершенствует методы приготовления бактериальных удобрений;

· ветеринарную — изучает возбудителей заболеваний животных, разрабатывает методы диагностики этих болезней, способы лечения;

· промышленную (биотехнология) — изучает вопросы совершенствования и расширения технологии по получению пищевого белка, пищевого сырья из непищевого, значительное расширение производства кормового белка для сельскохозяйственных животных и т.д.;

· пищевую — изучает микроорганизмы, применяемые в изготовлении разнообразных пищевых продуктов путем микробиологического синтеза, а также способы предотвращения их порчи, вызываемой микроорганизмами;

· водную — исследует микроорганизмы водоемов, их роль в пищевых цепях, в загрязнении и очистке питьевой и сточных вод;

· геологическую — изучает роль микроорганизмов в образовании и разложении руд, получение из этих руд металлов, в образовании полезных ископаемых, в круговороте наиболее важных биогенных элементов;

· генетическую — рассматривает молекулярные основы наследствен- ности и изменчивости микроорганизмов;

· космическую — занимается изучением влияния космических условий на земные организмы, разрабатывает методы использования микроорганизмов в космических кораблях для обеспечения нормальных условий жизни при длительном пребывании человека в космосе;

· военную — создание и производство бактериологического оружия.

Микробиология — относительно молодая наука, ее история насчитывает не более 300 лет. В истории микробиологии можно выделить два периода: морфологический и физиологический. Первый связан с именем голландца Антония Ван Левенгука (1632 — 1723), который в конце XVII в. создал первые микроскопы, увеличивающие предметы в 160—300 раз. Второй связан с именем великого французского ученого Луи Пастера (1822—1895).

Он изучал различные виды брожения, доказал, что микроорганизмы вызывают болезни вина и пива, гниение и распад мочевины. Л. Пастером были открыты возбудители таких заболеваний, как сибирская язва и бешенство. Против бешенства он создал вакцину.

Изучение курса ставит задачей дать специалистам знания, необходимые для практической деятельности, исходя из того, что современные методы сохранения пищевых продуктов основаны, главным образом, на изучении жизнедеятельности микроорганизмов. Кроме того, многие микроорганизмы весьма широко используются в различных отраслях пищевой промышленности при изготовлении пищевых продуктов, для улучшения их качества и интенсификации технологических операций. Без знаний по микробиологии и санитарии невозможно осуществлять и совершенствовать микробиологический и санитарный контроль магазинов, разрабатывать эффективные меры по предотвращению развития и уничтожению посторонней нежелательной микрофлоры, а также обеспечивать население доброкачественными продуктами питания.

ТЕМА 1.Морфология и классификация микроорганизмов

Морфология микроорганизмов изучает форму и особенности строения клеток, способность двигаться, образовывать споры, способы размножения и др. По современным представлениям все живые организмы, имеющие клеточное строение, делятся на две большие группы:

— прокариоты (доядерные). К ним относят бактерии, т.к. у них нет ядра, а есть только одна внутренняя полость, образуемая клеточной оболочкой.

— эукариоты (ядерные). К ним относят животных, растения и грибы, у них имеется ядро с ядрышком, окруженное ядерной мембраной.

Организмы, не имеющие клеточного строения – акариоты (вирусы).

Микроорганизмы– это мельчайшие, невидимые невооруженным глазом, в большинстве своем одноклеточные живые организмы, широко распространенные в природе и относящиеся к животному и растительному миру. Величина их исчисляется микрометрами (1 мкм = 1/1000 м) и нанометрами ( 1 нм = 1/ 1000 мкм).

БАКТЕРИИ

В мире микроорганизмов бактерий по численности около 4000 видов.

Существуют три основные формы бактерий: шаровидная (кокки), палочковидная и извитая, или спиралевидная.

Размерыбактерий ничтожно малы, поперечное сечение клеток большинства бактерий не превышает 0,5-0,8 мкм, средняя длина палочковидных бактерий от 0,5 до 3 мкм. Объем бактериальной клетки в среднем – 0,07 мкм.

Бактериальная клетка снаружи покрыта жесткой клеточной стенкой. Она придает форму клетке, предохраняет ее от неблагоприятных воздействий. Она обладает свойством полупроницаемости – через нее питательные вещества проникают в клетку, а продукты жизнедеятельности выходят в окружающую среду. Функция регулятора обмена веществ присуща всей оболочке, но в большей мере – цитоплазматической мембране. Нарушение ее целостности приводит к гибели клетки.

Цитоплазма – прозрачная, полужидкая масса белковой природы. Она содержит воду до 70-80% от массы клетки, ферменты, аминокислоты, набор РНК, субстраты и продукты обмена веществ клетки. В цитоплазме располагаются остальные жизненно важные структуры клетки – нуклеод (нити ДНК), рибосомы, а также запасные вещества различной природы. Нуклеод представляет собой ядерный аппарат прокариот, состоящий из двойной спирально закрученной нити ДНК.

Рибосомы – небольшие гранулы, рассеянные в цитоплазме, состоящие из РНК (60%) и белка (40%). В них осуществляется синтез клеточных белков из поступающих веществ.

В клетках бактерий имеются включения запасных питательных веществ. Они накапливаются при избытке тех или иных питательных веществ в среде, а расходуются при голодании клетки. Они имеют вид гранул или капелек. Гранулы могут быть представлены крахмалом, гликогеном, белком волютином. Запасной жир образует мелкие шарообразные капли.

Способностью к движению обладает примерно 1/5 часть бактерий. Это в основном многие палочковидные и все извитые формы бактерий. Неподвижными являются почти все шаровидные бактерии (кокки). Чаще всего движение осуществляется с помощью жгутиков – тонких нитей, состоящих из особого белка флагеллина. Длина жгутиков во много раз может превышать длину клетки.

Рост и размножение. Рост – это физиологический процесс, в ходе которого увеличиваются размеры и масса клетки. Рост бактериальной клетки ограничен, и, достигнув определенной величины, она перестает расти. Начинается процесс размножения, когда от материнской клетки отделяется дочерняя. Размножаются бактерии в благоприятных для их развития условиях путем деления клетки на две части каждые 20-30 минут. Их способность к размножению колоссальна. Так, одна бактерия за сутки может дать около 70 поколений. Скорость размножения зависит от температуры, условий питания и др. факторов.

В неблагоприятных условиях (повышение или понижение температуры, высушивание) большинство бактерий, которые могут находиться только в вегетативном состоянии, погибает, но некоторые из них превращаются в споры – покоящиеся клетки. В споровом состоянии бактерии жизнеспособны, но не жизнедеятельны (состояние «анабиоза»), они не нуждаются в питании, не способны размножаться. Способностью образовывать споры обладают почти исключительно палочковидные бактерии. В клетке образуется только одна спора. Споры устойчивы к воздействию температуры, выносят высушивание, воздействие ультрафиолетовых веществ. Устойчивость спор к высоким температурам нередко является причиной порчи продуктов, подвергшихся тепловой обработке. Термостойкость спор можно объяснить сравнительно невысоким содержанием свободной воды в их цитоплазме. Споры могут сохранять жизнеспособность десятки и даже сотни лет. Попав в благоприятные условия, спора поглощает воду и набухает, ее термоустойчивость снижается, возрастает активность ферментов, под действием которых растворяется оболочка, и спора прорастает в вегетативную клетку.

Порчу пищевых продуктов вызывают лишь вегетативные клетки бактерий.

Контрольные вопросы

1. Что изучает микробиология?

2. Каковы основные формы бактерий?

3. В каких единицах измеряются микроорганизмы?

4. Что могут образовывать бактериальные клетки при неблагоприятных условиях?

5. Благодаря чему обеспечивается движение бактериальной клетки?

ПЛЕСНЕВЫЕ ГРИБЫ

Плесневые грибы относятся к низшим растительным организмам. Их относят к растительным гетеротрофным организмам – эукариотам, лишенным хлорофилла. Тип грибов насчитывает свыше 100000 видов. Одни грибы являются активными возбудителями порчи пищевых продуктов, товаров и материалов органического происхождения, другие используются в промышленности для изготовления сыров, получения органических кислот, ферментных препаратов, антибиотиков и т.д. Некоторые вызывают заболевания растений, человека и животных.

По строению клетки плесневые грибы принципиально не отличаются от клеток бактерий и дрожжей, но имеют одно, а иногда и несколько дифференцированных ядер. Клетки имеют сильно вытянутую форму и поэтому напоминают нити – гифы. Толщина их 1-15 мкм. Они сильно ветвятся, образуя переплетающуюся массу – мицелий, или грибницу. Мицелий является телом плесневых грибов. Большая часть гиф развивается над поверхностью субстрата (воздушный мицелий), на которой располагаются органы размножения, а часть – в толще субстрата (субстратный мицелий). Гифы у большинства мицелиальных грибов многоклеточные, в их клетках имеются поперечные перегородки – септы. Они не имеют жгутиков и относятся к неподвижным организмам.

Характерной является способность плесневых грибов развиваться при низкой влажности субстрата – около 15%, в связи с чем они могут поражать сухофрукты, сухари, а из непродовольственных товаров — бумагу, кожу, пряжу и ткани, прочность которых при этом значительно снижается. Они могут развиваться и при минусовых температурах ( до -8ºС), поэтому при длительном хранении мяса и рыбы температура не должна превышать (-20ºС). Они активно поражают также товары, имеющие кислую среду (фрукты, квашеные овощи, сыры и др.).

Плесневые грибы размножаются бесполым и половым путем.

Вегетативное (бесполое) размножение происходит без образования каких-либо специализированных органов частями мицелия (любой кусочек мицелия, попадая на питательный субстрат, может разрастаться и дать начало новой грибнице) или отдельными клетками оидиями, образующимися в результате расчленения гиф на отдельные клетки, каждая из которых может развиться в новый мицелий. Наиболее типично для грибов размножение посредством спор. Споры образуются половым и бесполым путем. При бесполом способе споры образуются на особых гифах, отличающихся от других гиф строением и положением мицелия. У одних грибов такие споры образуются на вершине гиф, снаружи их (экзоспоры). Такие споры принято называть конидиями, а гифы, несущие на себе конидии – конидиеносцами.

У других грибов споры образуются внутри особых клеток, развивающихся на концах гиф. Эти клетки, обычно округлой формы и довольно крупных размеров, называют спорангиями. От несущей гифы спорангии отделены перегородкой, врастающей внутрь спорангия. Образующиеся в спорангиях в большом количестве споры (эндоспоры) – спорангиоспоры, а гифы несущие спорангии – спорангиеносцы. Спорангиоспоры образуются путем распада многоядерной цитоплазмы молодого спорангия на множество отдельных участков, которые постепенно обособляются, покрываются оболочкой и превращаются в споры.

При половом размножении вначале происходит слияние двух многоядерных гиф мицелия, которые представляют собой обычно короткие образования с небольшим утолщением на концах. Затем происходит попарное слияние ядер. Заканчивается половое размножение образованием плодовых тел.

Половые споры располагаются на пластинках или во вместилищах – сумках.

Грибы, способные размножаться половым путем, называют совершенными. Некоторые грибы вообще не размножаются половым путем. Их относят к несовершенным.

Многие грибы при наступлении неблагоприятных условий способны образовывать покоящиеся стадии в виде:

Склероции– твердые, обычно темные образования из плотно переплетенных гиф, они бывают различной формы.

Хламидоспоры– уплотненные за счет обезвоживания, покрытые толстой оболочкой отдельные участки гиф.

Они устойчивы к неблагоприятным условиям внешней среды, содержат мало воды, богаты запасными питательными веществами. Попадая в благоприятные для развития условия, они прорастают и образуют новый мицелий.