Группа молочнокислых бактерий: их физиолого-биохимические особенности, практическое значение, характеристика патогенных представителей молочнокислых бактерий

Систематика.Молочнокислые бактерии относятся к отделу Firmicutes (грамположительные эукбактерии, имеющие клеточную стенку). Имеют два семейства: Lactobacillaceae и Streptococcaceae. Типичным видом рода Streptococcus является Streptococcus lactis, рода Lactobacillus - Lactobacillus lactis.

Морфология и физиология. Это морфологически гетерогенная группа бактерий – включает палочковидные и сферические организмы. Все молочнокислые бактерии грамположительны, не образуют эндоспор (за исключением Sporolactobaсillus inulinus) и в подавляющем большинстве неподвижны.

Это факультативные анаэробы. В качестве источника энергии используют углеводы, образуют молочную кислоту. Молочнокислые бактерии способны только к брожению, дыхание у них отсутствует. У всех молочнокислых бактерий обнаруживаются сложные потребности в факторах роста: витаминах группы В, аминокислотах, а также в пуринах и пиримидинах. Следовательно, молочнокислые бактерии – это своего рода «метаболические инвалиды», которые, вероятно, в результате специализации (рост в молоке и других средах, богатых питательными и ростовыми веществами) утратили способность к синтезу многих метаболитов.

Отличительная физиологическая особенность молочнокислых бактерий – их высокая устойчивость к кислоте, что является следствием характерного для них энергетического метаболизма. Способность молочнокислых бактерий образовывать и переносить довольно высокие концентрации молочной кислоты имеет важное селективное значение, так как такое свойство дает им возможность успешно конкурировать с большинством других бактерий в средах, богатых питательными веществами.

Молочнокислые бактерии можно разделить на две физиолого-биохимические подгруппы, различающиеся по продуктам, которые образуются из глюкозы в результате брожения:

1. Гомоферментативные молочнокислые бактерии образуют практически только одну молочную кислоту. К ним относятся бактерии видов Streptococcus lactis, Streptococcus cremoris, Lactobacillus bulgaricus, Lactobacillus lactis и др.

2. Гетероферментативные молочнокислые бактерии образуют смесь

молочной кислоты, этанола и СО2, а иногда и уксусной кислоты. К ним относятся Leиconostoc mesenteroides, Lactobacillus brevis, Bifidobacterium bifidum и др.

Распространение в природе молочнокислых бактерий определяется их сложными потребностями в питательных веществах и способом получения энергии. Они почти никогда не обнаруживаются в почве или водоемах. В естественных условиях они встречаются:

• в молоке, молочных продуктах, в местах переработки молока (Lactobacillus bulgaricus, Lactobacillus lactis и другие лактобациллы; Streptococcus lactis);

• на поверхности растений как эпифитная микрофлора и на разлагающихся растительных остатках (Lactobacillus plantarum, Lactobacillus brevis, Leиconostoc mesenteroides);

• в кишечнике и на слизистых оболочках человека и животных как представители нормальной микрофлоры (Lactobacillus acidophilus, Bifidobacterium bifidum, Streptococcus pneumoniae, Streptococcus pyogenes, Streptococcus faecalis, Streptococcus bovis и др.).

В связи с тем что молочнокислые бактерии используются для приготовления пищевых продуктов и выступают как возбудители болезней человека и животных, они представляют собой группу большого экономического значения.

Молочнокислые бактерии используются для приготовления:

1) силоса;

2) квашеной капусты, огурцов и др. (Leuconostos mesenteroides и Lactobacillus plantarum);

3) молочнокислых продуктов. Стерилизованное или пастеризованное молоко либо сливки сбраживают, прибавляя в качестве закваски чистые культуры молочнокислых бактерий. Для приготовления различных молочнокислых продуктов берут соответствующие микробные закваски.

Например, для приготовления йогурта используют бактерии Streptococcus thermophilus и Lactobacillus bulgaricus; для приготовления кефира – Lactococcus lactis, Lactobacillus kefir, Lactobacillus kefiranofaciens; сметаны – Lactococcus cremoris, Lactococcus lactis, Leuconostoc lactis и Leuconostoc mesenteroides subsp. cremoris ;

4) сырокопченых колбас. Образующаяся при брожении молочная кислота придает определенный вкус, а также снижает рН, что предохраняет от порчи те виды колбас, которые не подвергаются варке;

5) кислого теста при приготовлении хлеба. Образующаяся молочная кислота используется для подъема теста, а также придает хлебу специфический кислый вкус;

6) получения чистой молочной кислоты, которая применяется в кожевенной, текстильной, фармацевтической, пищевой промышленности и для получения биодеградируемых материалов (полилактидов), используемых для упаковки пищевых продуктов.

Молочнокислые бактерии могут играть и отрицательную роль, вызывая порчу пива, фруктовых соков, мяса и других продуктов. В эту группу входят и патогенные для человека и животных бактерии, которые относятся к стрептококкам.

Болезнетворные свойства стрептококков обусловлены образованием либо экзотоксинов, либо образованием термостабильных эндотоксинов. Кроме того, патогенные стрептококки образуют ферменты вирулентности: гиалуронидазу, дезоксирибонуклеазу, рибонуклеазу, нейраминидазу, протеиназу, стрептокиназу, амилазу, липазу и др.

Возможно экзогенное и эндогенное заражение стрептококками.

Экзогенное заражение стрептококками (от больных людей, животных, инфицированных продуктов и предметов) происходит через наружные кожные покровы и слизистые оболочки, а также при проникновении вместе с пищей стрептококков в кишечник. Основной путь заражения стрептококками – воздушно-капельный.

Эндогенная инфекция условно-патогенными стрептококками – обитателями человеческого тела – возможна в результате ослабления иммунитета организма.

Стрептококковые инфекции подразделяют на нагноительные и ненагноительные. К нагноительным заболеваниям, вызываемым стрептококками, относятся острые инфекции верхних дыхательных путей (в частности, пневмонии), рожистое воспаление, или рожа, ангина. При проникновении в кровяное русло стрептококки обусловливают тяжело протекающий септический процесс. В группу ненагноительных болезней входят скарлатина, ревматизм и др.

К патогенным относятся зеленящие стрептококки вида Streptococcus pneumoniae. Они чаще вызывают пневмонию, а также ангину, гайморит, острые катары верхних дыхательных путей и другие заболевания.

Бактерии вида Streptococcus viridans – постоянные обитатели полости рта и глотки здоровых людей. Относятся к зеленящим стрептококкам. Обладают слабой вирулентностью для человека и животных. Они обнаруживаются при гнойных и воспалительных поражениях зубов и десен, вызывают подострый эндокардит.

Бактерии вида Streptococcus pyogenes вызывают рожу, абсцессы при раневых инфекциях. Относятся к гемолитическим стрептококкам.

3 Нормальная микрофлора человека, ее значение для организма

По данным журнала Science (сайнс) за 2010 год, на сегодняшний деньученые определили совокупность бактерий и вирусов, которые живут в тесном симбиозе с человеком, а фактически - и есть мы как "Микробиом". Как оказалось, 9 из 10 клеток человеческого тела являются бактериальными. По разным данным к микрофлоре человека принадлежит от 500до 1000 разных видов (многие из них еще неизвестны). В основном они дружественны организму, который считается их "домом", и лишь немногие приводят к болезням.

В составе нормальной микрофлоры различают:

• постоянную, или резидентную микрофлору, — представлена относительно стабильным составом микроорганизмов, обычно обнаруживаемых в определенных местах тела человека у людей определенного возраста;

• транзиторную, или временную микрофлору, — попадает на кожу или слизистые оболочки из окружающей среды, не вызывая заболеваний и не обитая постоянно на поверхностях тела че­ловека. Она представлена сапрофитными условно-патогенными микроорганизмами, которые обитают на коже или слизистых оболочках в течение нескольких часов, дней или недель. При­сутствие транзиторной микрофлоры определяется не только поступлением микроорганизмов из окружающей среды, но и состоянием иммунной системы организма хозяина и составом постоянной нормальной микрофлоры.

Состав транзиторной микрофлоры может меняться в зависи­мости:

• от возраста;

• условий внешней среды;

• условий труда, рациона питания;

• перенесенных заболеваний;

• травм и стрессовых ситуаций.

Нормальная микрофлора отдельных биотопов имеет следующие основные свойства:

1) она достаточно стабильна;

2) представлена несколькими видами, среди которых выделяют доминантные виды и виды-наполнители;

3) каждая экологическая ниша имеет свой видо­вой состав. Некоторые биотопы стабильны по своему составу, а другие (транзиторная микрофлора) постоянно меняются в зависимо­сти от внешних факторов;

4) микроорганизмы, составляющие нормафлору, образуют биопленку;

Биопленка представляет собой четкую морфологическую структуру – это полисахаридный каркас, состоя­щий из микробных полисахаридов и муцина, который проду­цируют клетки макроорганизма. В этом каркасе иммобилизова­ны микроколонии бактерий - представителей нормальной микрофлоры, которые могут располагаться в несколько слоев. Толщина биопленки колеблется от 0,1 до 0,5 мм.

5) в состав нормальной микрофлоры входят как анаэробные, так и аэробные бактерии, преобладают анаэробные бактерии, соотношение которых в большинстве биоценозов составляет 10 : 1—100 : 1.

6) !!! Заселение бактериями различных областей тела начинается в момент рождения человека и продолжается на протяжении всей его жизни.

7) Формирование качественного и количественного состава нор­мальной микрофлоры регулируется сложными антагонистиче­скими и синергическими отношениями между отдельными ее представителями в составе биоценозов.

В норме многие ткани и органы здорового человека свободны от микроорганизмов, т. е. стерильны. К ним относятся:

• внутренние органы;

• головной и спинной мозг;

• альвеолы легких;

• внутреннее и среднее ухо;

• кровь, лимфа, спинномозговая жидкость;

• матка, почки, мочеточники и моча в мочевом пузыре.

Стерильность органов и тканей обеспечивается наличием неспецифических клеточных и гуморальных факторов иммунитета, препятствующих проник­новению микробов в эти ткани и органы.

На всех открытых поверхностях и во всех открытых полостях формируется достаточно стойкая микрофлора, специфичная для данного органа, биотопа или его участка — эпитопа. Наиболее богаты микроорганизмами:

• ротовая полость;

• толстый кишечник;

• верхние отделы дыхательной системы;

• наружные отделы мочеполовой системы;

• кожа, особенно ее волосистая часть.

В определенных условиях отдельные представители нормальной микрофлоры могут стать возбудителями некоторых заболеваний. К примеру, кишечная палочка может вызвать перитонит, аппендицит, заболевания желчного пузыря и другие; обитающие на коже стрептококки нередко вызывают фурункулез. Это происходит в тех случаях, когда повреждены органы и ткани, снижен иммунитет человека или животного.

Роль нормальной микрофлоры в организме сводится к следующему:

1. Выполняет важную роль в защите организма от патогенов за счет различных механизмов: синтеза антибиотиков, бактериоцинов, органических кислот, спиртов, лизоцима и т. д.

2. Активирует иммунную систему.

3. Обеспечивает макроорганизм ионами Fe²⁺, Ca ²⁺ и витаминами (например, витаминами группы В, К, никотиновой и др.) и незаменимыми аминокислотами.

4. Участвует в инактивации токсичных продуктов, проникающих извне и/или образующихся эндогенно.

5. Участвует в процессах пищеварения, в том числе в обмене холестерина и желчных кислот.

На основании вышеизложенного можно заключить, что нормальная микрофлора млекопитающих представляет собой один из примеров симбиотических взаимоотношений, которые имеют ряд переходных форм от мутуализма к паразитизму и наоборот.