Химический состав бактерий.

Лекция№3

Специальность 31.02.01 «Лечебное дело»

Тема занятия: Физиология бактерий. Культуральные и биохимические свойства бактерий.

План:

1. Химический состав бактериальной клетки.

2. Процессы жизнедеятельности бактерий: питание, дыхание, рост и размножение. Ферменты бактерий как основа их спецефичности.

3. Культуральные и биохимические свойства бактерий. Условия культивирования бактерий.

4. Питательные среды, их назначение, применение.

5. Первичный посев и пересев. Методы выделение чистой культуры бактерий.

6. Особенности культивирования риккетсий и хламидий. Культивирование анаэробов.

Физиология микроорганизмов - раздел микробиологии, изучающий жизнедеятельность микробов: процессы питания, обмена, дыхания, роста, размножения и закономерности взаимодействия с окружающей средой.

Физиология бактерий.

Химический состав бактерий.

Вода - основной компонент бактериальной клетки (около 80 % массы). В спорах количество воды уменьшается до 18-20%. Большая часть воды находится в связанном виде. Вода необходима для растворения клеточных компонентов, биохимических реакций, поступления веществ и удаления продуктов обмена.

Белки - составляют 40-80% сухой массы бактерий и определяют их антигенные, иммуногенные свойства, вирулентность и видовую принадлежность. Белки находятся в нуклеоиде, клеточной стенке, цитоплазме, это ферменты, токсины.

Нуклеиновые кислоты - (составляют 10-30% сухой массы) в виде ДНК определяют наследственность, РНК участвует в синтезе белков.

Углеводы-(12-18 % сухой массы), входят в состав капсул, клеточной стенки, являются запасными питательными веществами.

Липиды- 8-10% (фосфолипиды, глицериды и жирные кислоты), входят в состав ЦПМ, клеточной стенки, выполняют роль питательных веществ.

Минеральные вещества-(2-14 % сухой массы) фосфор, калий, натрий, сера, железо, кальций, магний, а также микроэлементы: цинк, медь, кобальт, барий, марганец и др.). Они участвуют в регуляции осмотического давления, рН среды, окислительно-восстановительных реакциях, активируют ферменты, входят в состав витаминов и структурных компонентов микробной клетки.

2. Питание бактерий.

Особенности обмена веществ у бактерий:

- питательные вещества поступают внутрь бактериальной клетки через всю ее поверхность

- высокая скорость процессов метаболизма

- быстрая адаптация к меняющимся условиям внешней среды.

Типы питания.

Микроорганизмы нуждаются в углеводе, азоте, сере, фосфоре, калии и других элементах.

По источникам углевода для питания бактерии делят на:

1. аутотрофы– используют для построения своих клеток СО2 и другие простые неорганические соединения.

2. гетеротрофы - питаются за счет готовых органических соединений, среди них выделяют:

а) сапрофитов - используют органические остатки отмерших организмов в окружающей среде

б) паразитов - существуют за счет органических веществ живых клеток и тканей, они вызывают заболевания у человека и животных.

Паразиты подразделяются на:

-факультативных паразитов - большинство патогенных и условно-патогенных

- облигатных - внутриклеточно-паразитирующих микроорганизмов - вирусы, риккетсии, хламидии.

Механизмы питания.

Основным регулятором поступления питательных веществ в клетку является ЦПМ. Поступление питательных веществ зависит от величины и растворимости молекул, рН среды, концентрации, проницаемости мембраны и др.

Транспорт питательных веществ.

1. Пассивная диффузия-перемещение веществ через толщу мембраны в результате градиента концентрации.

2. Облегченная диффузия- с помощью молекул-переносчиков, расположенных в ЦПМ. Процесс без затраты энергии, т.к. перемещение веществ идет от большей концентрации к меньшей.

3. Активный транспорт- с помощью ферментов - пермеаз. Это энергетический процесс, т.к. перенос веществ осуществляется при любой концентрации.

4. Транспорт веществ после химической модификации.

Удаление веществ из клетки осуществляется 1 и 2 способами.

По источнику энергии бактерии делятся на:

1. фототрофы - фотосинтезирующие, используют энергию солнечного света.

2. хемотрофы - получают энергию за счет окисления неорганических веществ.

3. Ферменты бактерий.

Ферменты - это вещества белковой природы, являются биологическими катализаторами, играют большую роль в обмене веществ.

Различают:

1. Эндоферменты - катализируют реакции внутри клетки.

2. Экзоферменты - участвуют в реакциях обмена на поверхности клетки.

3. Ферменты агрессии - разрушают ткань и клетки для широкого распостронения в инфицированной ткани (гиалуронидаза, коллагеназа, ДНК-аза и др.).

Ферменты бактерий участвуют в биохимических реакциях.

В зависимости от биохимических свойств бактерий, различают ферменты:

1. сахаролитические - расщепляют сахара (среды Гиса, Эндо, Плоскирева и др.)

2. протеолитические - расщепление белков (расщепление желатина)

3. протеолитические - разложение белка в мясопептонном бульоне

Биохимические свойства определяют по конечным продуктам обмена (образование щелочей, кислот, сероводорода, аммиака и др.).

Для бактерий характерна высокая ферментативная активность. Это используется в промышленности: стрептолизин - фибринолизин стрептококков используется в медицине для растворения тромбов; липаза и протеаза входит в состав моющих средств и стиральных порошков, расщепляют белковые и жировые загрязнения до растворимых.

Дыхание бактерий.

Дыхание- это совокупность окислительно-восстановительных реакциях, с образованием АТФ - универсального источника энергии.

При дыхании происходят процессы окисления - отдача донорами водорода или электронов, и восстановление- присоединение водорода или электронов.

1. Аэробное дыхание - акцептором водорода или электронов является кислород.

2. Анаэробное - акцептором является нитрат, сульфат, фумарат.

3. Брожение - донором или акцептором водорода является органическое соединение. При нем происходит ферментативное расщепление органических соединений в анаэробных условиях. Различают спиртовое, масляно-кислое, уксуснокислое и др. брожения.

По отношению к молекулярному кислороду бактерии можно разделить на:

1. Облигатные (обязательные) аэробы - растут при наличии кислорода (МБ туберкулеза).

2. Облигатные анаэробы - растут в бескислородных условиях, кислород для них токсичен (клостридии ботулизма, газовой гангрены, столбняка).

3. Факультативные анаэробы - растут как при наличии О2, так и без него)- большинство бактерий.

Рост и размножение бактерий.

Культивирование бактерий в жидкой питательной среде может быть:

1.Периодическим - бактерии засеваются в определенный объем жидкой питательной среды, размножаются, потребляют питательные вещества, вырабатывают продукты метаболизма, что приводит к истощению питательной среды и прекращению роста бактерий. Саму культуру называют периодической.

Рост периодической культуры бактерий подразделяют на несколько фаз ли периодов:

1. лаг-фаза - между посевом бактерий и началом их размножения, 4-5 часов.

2. фаза - логарифмического роста - период интенсивного деления- 5-6 часов).

3. фаза стационарного роста - количество бактериальных на максимальном уровне – несколько часов.

4. Фаза гибели - отмирание клеток в условиях истощения питательной среды - от нескольких часов до нескольких недель.

2.Непрерывное культивирование - условия культивирования поддерживают путем постоянной подачи свежей питательной среды и оттока такого же количества культуральной жидкости.

Рост бактерий в жидкой питательной среде:

1. придонный

2. диффузный

3. поверхностный (в виде пленки).

Размножение бактерий на плотной питательной среде.

Бактерии, растущие на плотных питательных средах, образуют изолированные колонии округлой формы о ровными или неровными краями, различной консистенции и цвета, зависящего от пигмента бактерии (синий, кроваво-красный, желтый).

Культуральные свойства - вид, форма, цвет и др. особенности колоний:

- шероховатые с неровными краями (R-форма)

- гладкие с ровными краями (S- форма)

4. Питательные среды.

Требования к питательным средам.

Питательные среды должны быть:

1. стерильными

2. иметь оптимальное значение рН

3. --- осмотическое давление

4. --- окислительно-восстановительный потенциал

Классификация питательных сред.

По источнику:

1. естественные среды - на основе пищевых продуктов (мяса, молока, рыбы и др.), имеют несбалансированное соотношение компонентов.

2. исскуственные - включают компоненты в строго определенном соотношении.

По консистенции:

1. плотные

2. полужидкие

3. жидкие

Плотность среды зависит от добавления гелеобразных веществ: агар-агара или желатина.

По составу:

1. простые

2. сложные - содержат дополнительные компоненты (сыворотку крови, кровь, сахар и др.).

3. селективные (элективные)- применяют для выращивания определенного вида бактерий, рост других видов на них задерживается.

4. Дифференциально-диагностические (Гиса, Эндо, Левина, Плоскирева), содержат индикатор, меняющий свой цвет при изменении рН среды, в результате расщепления ферментами бактерий углеводов питательных сред. На этих средах можно дифференцировать бактерии с различными ферментативными свойствами.

5. Транспортные

6. Обогащения

5. Выделение чистых культур.

Объекты окружающей среды, исследуемый материал обычно содержит смесь различных микробов. С цель их обнаружения и определения их вида используют бактериологическое исследование (бактериологический метод), который заключается в посеве проб исследуемого материала на питательные среды для получения чистой культуры.

Выделение чистой культуры проводят поэтапно:

1. этап - механическое разобщение на плотных питательных средах (посев штрихом, шпателем на несколько чашек Петри).

2. этап - на следующий день получают изолированные колонии. После описания культуральных свойств различных типов колоний (размер, цвет, форма, края), делают пересев из каждого типа колоний на скошенный агар для накопления чистой культуры.

3. этап на третий день чистую культуру начинают идентифицировать по различным свойствам - морфологическим, тинкториальным, ферментативным, антигенным и др.

При выделении чистых культур анаэробов исследуемый материал выращивают в анаэробных условиях на специальных средах в анаэростатах, исключая доступ к ним кислорода.

Особенности культивирования риккетсий и хламидий.

Риккетсии и хламидии являются внутриклеточными паразитами, размножаются в цитоплазме и ядре инфицированных клеток, для их культивирования применяют куриные эмбрионы, культур клеток и

чувствительных животных. Риккетсии можно культивировать путем инфицирования их переносчиков- вшей, блох, клещей

Литература:

1. Воробьёв А.А.

Медицинская микробиология, вирусология и иммунология. Издательство: МИА, 2011.

2. Алешукина А.В.

Медицинская микробиология: Учебное пособие. – Ростов н\д: Феникс, 2010

3. Черкес Ф.К., Богоявленская Л.Б.. Бельская Н.А.

Микробиология / Под ред. Ф.К. Черкес – 2-е изд., стереотипное. – М.: ООО «Издательский дом Альянс», 2011. – 512 с.: ил.