Д) Рост и размножение бактерий.
Б) Питание бактерий.
Процесс питания м.о. имеет ряд особенностей: во-первых, поступление питательных веществ происходит через всю поверхность клетки; во-вторых, микробной клетке свойственна исключительная быстрота обменных реакций; в-третьих, микробы способны быстро адаптироваться к изменяющимся условиям среды обитания и менять тип питания.
Типы питанияопределяются по характеру усвоения углерода и азота. Источником водорода и кислорода служит вода и кислород воздуха. По усвоению углерода микробов делят на два типа: автотрофы и гетеротрофы. Автотрофы способны синтезировать сложные органические вещества из простых неорганических соединений (фотосинтез). Автотрофами являются почвенные бактерии. Гетеротрофы для своего роста и развития нуждаются в готовых органических соединениях и могут усваивать углерод из углеводов, спиртов, органических кислот и т.п. Гетеротрофы подразделяются на сапрофитов и паразитов. Сапрофиты получают готовые органические соединения от отмерших организмов. Это бактерии гниения. Паразиты живут и размножаются за счет органических веществ живой клетки растений, животных или человека. К таким микробам относятся вирусы, риккетсии, большинство бактерий.
По способности усваивать азот микробов делят также на две группы: аминоавтотрофы и аминогетеротрофы. Аминоавтотрофы для синтеза белка используют молекулярный азот воздуха (клубеньковые бактерии, азотобактер). Аминогетеротрофы получают азот из органических соединений - аминокислот, сложных белков. К ним относятся все патогенные микроорганизмы и большинство сапрофитов.
Резкой границы между типами питания микробов нет. Они могут переходить от гетеротрофного типа питания к автотрофному и наоборот.
Транспорт питательных веществ. Питательные вещества могут проникать в цитоплазму микробных клеток только в виде небольших молекул и в растворенном виде. Питательные вещества проникают в клетку несколькими способами:
Пассивная диффузия. Это перемещение веществ через толщу мембраны, в результате чего выравнивается концентрация веществ и осмотическое давление по обе стороны оболочки. Таким путем могут проникать питательные вещества, когда концентрация в среде значительно превышает концентрацию вещества в клетке.
Облегченная диффузия. Это проникновение питательных веществ в микробную клетку с помощью активного переноса их особыми молекулами-переносчиками, называемыми пермеазами. Это ферменты, находящиеся на цитоплазматической мембране и отличающиеся определенной специфичностью, то есть каждая пермеаза адсорбирует на себе соответствующее питательное вещество, вступает с ним во временную связь и "проводит" это вещество через мембрану. Этот процесс совершается без использования энергии, так как перемещение веществ происходит от более высокой концентрации к более низкой.
Активная диффузия. Осуществляется с помощью пермеаз, но этот процесс требует затраты энергии. В этом случае питательное вещество может проникнуть в клетку, если концентрация его в клетке значительно превышает концентрацию в среде.
По источникам энергии среди микроорганизмов различают фототрофы, использующие для биосинтетических реакций энергию солнечного света (пурпурные бактерии, серобактерии) и хемотрофы, которые получают энергию за счет окисления неорганических и органических соединений (к ним относятся большинство бактерий).
в) Ферменты и их роль в обмене веществ.
Ферменты – это вещества белковой природы, вырабатываемые живой клеткой. Они являются биологическими катализаторами. Микроорганизмы могут синтезировать самые разнообразные ферменты, относящиеся к шести классам: оксиредуктазы, трансферазы, гидролазы, лиазы, изомеразы, лигазы. Характерным свойством ферментов является специфичность действия, т.е. каждый фермент реагирует с определенными химическими соединениями или катализирует одну или несколько близких химических реакций. Например, фермент лактаза расщепляет лактозу, мальтаза – мальтозу, распад белков вызывают ферменты протеазы, жиров – липазы, углеводов – карбогидразы. Ферменты микробов делят на экзоферменты и эндоферменты. Экзоферменты, выделяясь во внешнюю среду, расщепляют макромолекулы питательных веществ до более простых соединений, которые могут быть усвоены микробной клеткой. Эндоферменты участвуют в реакциях обмена веществ, происходящих внутри клетки.
Кроме того, патогенные бактерии вырабатывают также ферменты агрессии, которые служат для преодоления естественных защитных барьеров макроорганизма и являются факторами патогенности. К таким ферментам относятся гиалуронидаза, дезоксирибонуклеаза, лецитиназа и другие. Например, гиалуронидаза расщепляет межклеточное вещество соединительной ткани и тем самым способствует распространению возбудителя в макроорганизме.
Ферментный состав любого микроба является достаточно постоянным признаком, а различные виды микробов четко различаются по набору ферментов. Поэтому изучение ферментативного состава имеет значение для идентификации вида микроорганизма.
г) Дыхание бактерий.
Дыхание (биологическое окисление) микроорганизмов представляет собой совокупность биохимических процессов, в результате которых освобождается энергия, необходимая для жизнедеятельности микробных клеток. Все физиологические процессы, такие как движение, рост и размножение, образование спор и капсул, выработка токсинов, могут осуществляться при постоянном притоке энергии. Микробы добывают энергию за счет окисления различных веществ: углеводов, спиртов, органических кислот, жиров.
По типу дыхания все микробы разделяются на облигатные (строгие) аэробы, облигатные анаэробы и факультативные (необязательные) анаэробы.
Облигатные аэробыживут и развиваются при свободном доступе кислорода, т.е. реакции окисления осуществляются у них при участии молекулярного кислорода с высвобождением большого количества энергии (туберкулезная палочка). Существуют и микроаэрофилы, микробы, которые нуждаются в малых количествах кислорода (бруцеллы, лептоспиры).
Облигатные анаэробыспособны жить и размножаться только в отсутствии свободного кислорода воздуха. Дыхание у анаэробов проходит при ферментном разложении веществ с образованием небольшого количества энергии.
Наличие свободного кислорода для облигатных анаэробов является губительным. Это связано с тем, что в присутствии кислорода, конечным продуктом окисления некоторых органических веществ является перекись водорода. А поскольку анаэробы не обладают способностью образовывать фермент каталазу, расщепляющую перекись водорода, перекись накапливается и отравляет микроб (возбудители столбняка, газовой гангрены, ботулизма).
Факультативные анаэробымогут жить и размножаться как при наличии молекулярного кислорода, так и при его отсутствии. К этому типу относят большинство патогенных и сапрофитных бактерий.
д) Рост и размножение бактерий.
Под размножением понимают способность микроорганизмов к самовоспроизведению, в результате чего увеличивается число особей в популяции (колонии). Колония микроорганизмов – это скопление микробов одного вида. Основной способ размножения у бактерий – поперечное деление. Перед делением у бактериальных клеток происходит удвоение молекул ДНК. Каждая дочерняя клетка получает копию материнской ДНК, а цитоплазма делится перегородкой. Если перегородка образуется в середине делящейся клетки, то появляются дочерние клетки одинаковой величины (изоморфное деление). Иногда перегородка образуется ближе к одному из концов, тогда дочерние клетки имеют неодинаковый размер (гетероморфное деление).
Деление кокков может происходить в различных плоскостях, с образованием разнообразных сочетаний клеток: цепочек стрептококков, гроздьев стафилококков, тюков сарцин. Палочковидные и извитые формы делятся поперечно и только в одной плоскости. У некоторых бактерий размножение происходит путем образования почки – почкованием. Так размножаются клубеньковые бактерии, возбудитель туберкулеза.
Для некоторых видов микроорганизмов характерен процесс конъюгации. Конъюгация – это прообраз полового размножения. Две бактерии подходят друг к другу и соединяются пилями. Через пили бактерии обмениваются частью генетического материала (одна особь – донор, другая – реципиент). С точки зрения эволюции это прогрессивный процесс, так как происходит формирование новых подвидов и даже видов.
У большинства бактерий каждая клетка делится один раз в течение 15-30 минут, но есть медленно делящиеся виды. Так туберкулезная палочка делится один раз в сутки. Скорость размножения зависит от возраста микробной культуры, от температуры, значения рН и других факторов.
Культивирование– это выращивание микроорганизмов на питательных средах в лаборатории. При размножении микробов в жидких питательных средах их рост заметен по образованию осадка, помутнения, пленки. При размножении микробов на плотных средах на поверхности и внутри образуются колонии.
Условия роста микроорганизмов при культивировании:
- наличие питательных веществ (питательная среда);
- оптимальная температура (37°С);
- влажность;
- оптимальное значение рН питательной среды (чаще 7,2-7,4);
- наличие или отсутствие кислорода воздуха (выращивание аэробов или анаэробов);
- соответствующее осмотическое давление в микробной клетке (использование физиологического раствора).
Вопросы для самоконтроля:
1. Что такое экзотоксины?
2. Что такое экзоферменты?
3. Как делятся микроорганизмы по типу дыхания?
4. Назовите химический состав бактериальной клетки.
5. Какие особенности питания наблюдаются у микробов?
6. Что такое ферменты агрессии?
7. Что называется культивированием в микробиологии?
Тема:Микроорганизмы внешней среды.
План:
1. Распространение микроорганизмов в природе:
а) микрофлора почвы;
б) микрофлора воды;
в) микрофлора воздуха.
1. Микроорганизмы распространены в окружающей среде повсеместно. Они находятся в почве, воде, воздухе, внутри и на теле человека. Каждый объект окружающей среды так же имеет свою микрофлору.
а) Микрофлорапочвы.
В почве микробы находят наиболее благоприятные условия своего существования: в ней есть органические и минеральные вещества для питания, имеется достаточная влажность. Наиболее богата микроорганизмами культурная, т.е. возделываемая почва (1г содержит 5млрд. микробов), менее богата ими почва пустынь. Почвы южных областей так же более богаты м.о. чем почвы северных районов. В поверхностном слое почвы из-за губительного действия солнечных лучей и высушивания микробов немного, а на глубине 10-20 см число их достигает максимума и затем по мере углубления уменьшается.
Микрофлора почвы очень разнообразна: она состоит из нитрофицирующих, азотофиксирующих, денитрофицирующих, целлюлозоразлагающих бактерий; серо- и железобактерий, грибов, водорослей, простейших. Большинство из них разлагает органические вещества до неорганических, помогает фиксировать азот воздуха растениям, изменяет структуру и химический состав почвы.
С выделениями человека и животных, трупами, сбросами в почву попадают патогенные микробы. Есть патогенные микробы, сохраняющиеся в почве от нескольких часов до нескольких суток, это возбудители бруцеллеза, туберкулеза, лептоспироза, сальмонеллы. Имеются м.о., которые многие годы сохраняются в почве. Это спорообразующие бактерии: возбудители сибирской язвы, столбняка, газовой гангрены. Для возбудителей ботулизма, для актиномицетов почва – постоянное место обитания. Таким образом, почва является путем передачи инфекции.
б) Микрофлораводы.
Вода открытых водоемов является естественной средой обитания многих микроорганизмов. В воду они попадают из почвы, с выделениями человека и животных, отбросами, сточными водами.
Обычная микрофлора воды – сапрофиты. В воде обитают микрококки, вибрионы, спириллы, светящиеся бактерии, водоросли, серо и железобактерии. В воде могут сохраняться и размножаться возбудители инфекций: кишечная палочка, возбудители брюшного тифа, холеры. Вода является путем передачи инфекционных болезней. Возбудители кишечных инфекций, полиомиелита, туляремии, лептоспироза нередко вызывают «водные» эпидемии, а для холеры вода основной путь передачи инфекции.
В воде постоянно происходят процессы самоочищения – микроорганизмы погибают от действия солнечных лучей и химических веществ, осаждения, воздействия веществ, вырабатываемых другими микробами, водорослями, грибами.
Вода морей и океанов также богата микробами, но там их меньше, чем в пресной воде. Богат микроорганизмами слой придонного ила. Наиболее чистыми являются воды родников и артезианских скважин.
Вблизи населенных мест, в которых водоемы загрязняются сточными, хозяйственными, промышленными водами, количество микробов в воде особенно велико, а микрофлора более разнообразна.
Определение чистоты воды и предупреждение ее загрязнения одно из обязательных мероприятий в борьбе с инфекционными болезнями (хлорирование или озонирование воды). Питьевая вода считается хорошего качества, если в 1 мл ее находится не более 100 любых микробов, сомнительного качества – от 100 до 500, и загрязненной и непригодной, если в 1 мл микроорганизмов более 500.
В) Микрофлора воздуха.
Воздух не содержит питательных веществ, нужных для жизнедеятельности микробов. Кроме того, солнечная радиация, смена температуры, ветер оказывают неблагоприятное воздействие на микроорганизмы. Несмотря на это, в воздухе постоянно находится значительное количество микробов, которые попадают в воздух с пылью с поверхности почвы. В воздухе встречаются споры грибов и бактерий, сапрофиты, плесневые и дрожжевые грибы, различные кокки.
Наиболее загрязнен воздух крупных промышленных городов. В сельской местности воздух гораздо чище, а меньше всего микроорганизмов в воздухе над лесом, морями и горами. Известно, что в верхних слоях атмосферы микробов меньше, чем в нижних; зимою меньше, чем летом; в помещениях больше, чем под открытым небом. Особенно много бактерий в плохо проветриваемых помещениях при отсутствии влажной уборки.
Патогенные микробы попадают в воздух с капельками слюны и мокроты при кашле, чихании, разговоре больных людей, а так же с пылью с загрязненных предметов и инфицированной почвы. При каждом акте чихания в воздух попадает 10-20 тысяч микроорганизмов. Микробы находятся в воздухе в виде аэрозоля: в капельках жидкости или твердых частицах (бактериальная пыль).
В воздухе встречаются возбудители инфекционных заболеваний: патогенные стафилококки, стрептококки, дифтерийная и туберкулезная палочки, вирусы гриппа, ветреной оспы, кори, возбудитель коклюша.
За чистотой воздуха некоторых помещений ЛПУ, боксов аптек осуществляется постоянный санитарно-бактериологический контроль. Так в операционной в норме в 1м³ не должно быть более 500 микроорганизмов.
Вопросы для самоконтроля:
1. Какие инфекции могут передаваться человеку через воздух?
2. Какие инфекции могут передаваться человеку через почву?
3. Какие инфекции могут передаваться человеку через воду?
4. Какой слой почвы наиболее богат микроорганизмами?
5. Кто такие сапрофиты?
6. Сколько микроорганизмов может содержать 1 мл питьевой воды по санитарным нормам?
Тема: Влияние факторов внешней среды на микроорганизмы.
План:
1. Воздействие физических факторов на микроорганизмы.
2. Воздействие химических факторов на микроорганизмы.
3. Воздействие биологических факторов на микроорганизмы.