Раздел 1. Основы микробиологии.
Тема 1.1.Основные понятия микробиологии.
1) 1. Предмет и задачи микробиологии Микробиология – наука, предметомизучения которой являются микроскопические существа, называемые микроорганизмами, их биологические признаки, систематика, экология, взаимоотношения с другими организмами. Микроорганизмы– наиболее древняя форма организации жизни на Земле.
Значение изучения микробиологии для работников общественного питания. Любая пища, употребляемая человеком должна не только удовлетворять физиологические потребности организма, но и быть безопасной, а, следовательно, иметь соответствие санитарным нормам и гигиеническим нормативам. С наступлением летнего периода эти правила ужесточаются, так как именно в этот период происходят многочисленные отравления некачественными пищевыми продуктами. Многие пищевые продукты являются благоприятной средой для развития вредных микробов. В результате употребления испортившихся кондитерских изделий, овощей, фруктов и других типов пищи в ресторанах и кафе у человека может возникнуть сильное пищевое отравление. Именно соблюдение правил в микробиологии в пищевой промышленности позволяет избежать отравлений. Поэтому на предприятиях, занимающихся изготовлением и производством пищи, должен вестись строгий санитарно-микробиологический контроль пищевых продуктов. Только знание микробиологии пищевых продуктов поможет работникам фабрик, заводов и предприятий общественного питания правильно организовать не только хранение, реализацию, но и производство готовых продуктов для человека. Основная суть микробиологии пищевых производств состоит в соблюдении определённых правил пищевой микробиологии и санитарно-биологического контроля над используемыми продуктами для питания посетителей.
В пищевой микробиологии есть ряд санитарных и гигиенических нормативов:
· При продаже продуктов всегда следует следить за сроком годности, а при истечении срока, продукты снимаются с реализации.
· Главное правило микробиологии пищевых производств - это максимально быстрая реализация скоропортящихся продуктов, хранение которых невозможно.
· Не менее важное требование в пищевой микробиологии предъявляется к воде, она должна быть чистой, а на предприятиях, занимающихся выпуском пищевых продуктов, запрещается использование сырой воды.
Основными продуктами, способными вызвать серьёзные отравления, в пищевой микробиологии признали мясо, животных, рыбу и молочные продукты, а также в этот список включили овощи, фрукты и кондитерские изделия. При производстве мясных продуктов на пищевых предприятиях должен вестись контроль микробиологии производимых продуктов. Мясо животных должно храниться в специальных морозильных камерах, а его реализация должна проходить до истечения срока хранения. В отличие от целых кусков мяса, мясной фарш имеет обильную микрофлору, а значит должен реализовываться гораздо быстрее, чем само мясо.
В пищевой микробиологии свежая рыба признана скоропортящимся продуктом, а, значит, её реализация должна проходить быстрее и до истечения положенного срока. Значительно дольше хранится замороженная рыба, но и она имеет свой срок реализации. Соленая и вяленая рыба более устойчива к воздействию микроорганизмов, так, как проходит обработку дымом и обезвоживается. Молоко в пищевой микробиологии считается идеальной средой для развития многочисленных микроорганизмов, которые попадают в него с вымени животных, рук доярок и инвентаря.
Микробиология пищевых продуктов таких, как овощи фрукты и плоды, подразумевает скорейшую реализацию скоропортящихся и перезревших плодов и овощей. Их порча происходит в результате перезревания, а также нарушения целостности покрова. Как только это происходит, микроорганизмы тут же проникаю в мякоть, и вызывают сначала плесневение, а затем гниение. Для предотвращения пищевых отравлений у людей на предприятиях должен соблюдаться строгий контроль за качеством микробиологии пищевых продуктов.
2) икробиология оформилась в самостоятельную науку во 2-й половине 19 века.
Периоды в истории микробиологии: эвристический, морфологический, физиологический, иммунологический, молекулярно-генетический.
1. ЭВРИСТИЧЕСКИЙ ПЕРИОД. Эвристика – это догадка, домысел. Гиппократ высказал предположения о том, что болезни, передающиеся от человека к человеку, вызываются какими-то невидимыми, неживыми веществами (миазмами), образующимися в гнилых болотистых местах. Джералимо Фракасторо (основоположник эпидемиологии) считал, что болезни вызывают «живые контагии », которые передают болезни через воздух или предметы. По его мнению для борьбы с болезнями необходима изоляция больного и уничтожение контагий.
2. МОРФОЛОГИЧЕСКИЙ (ОПИСАТЕЛЬНЫЙ) ПЕРИОД (17-19 вв). Галилеем был изготовлен первый простой микроскоп. Антони Ван Левенгук обнаружил множество живых «зверюшек», которых он назвал «анималькулюсы ». Открытие Левенгука положило начало микробиологии.
3. ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЙ ПЕРИОД (середина 19 в). Луи Пастер стал основоположником: микробиологии, иммунологии, биотехнологии, дезинфектологии, стереохимии. Луи Пастер открыл:
1. Природу брожения и гниения (в то время господствовала теория Либиха, говорящая, что брожение и гниение – это химические процессы, а Пастер опроверг ее);
2. Анаэробиоз (он доказал, что анаэробы живут в бескислородной среде);
3. Опроверг теорию самозарождения (он показал, что если стерильный бульон поместить в колбу, которая сообщается с воздухом через спирально изогнутую стеклянную трубочку, то бульон не пропадет, т. к. бактерии с частичками пыли из воздуха будут осаждаться на изогнутых частях спиральной трубки и не попадут в бульон);
4. Обосновал принцип пастеризации (разработал способы борьбы с болезнями вина путем прогревания его при 50-60°С, далее этот способ был назван пастеризацией);
5. Разработал принцип вакцинации и способы получения вакцин (он показал, что ослабленный возбудитель холеры кур, бешенства, сибирской язвы, потерявший вирулентные патогенные свойства, сохраняет способность при введении в организм создавать специфическую невосприимчивость к возбудителю).
Роберт Кох предложил:
1. окраску бактерий (ввел аналиновые красители);
2. микрофотосъемку;
3. способ получения чистых культур;
4. знаменитую триаду, получившую название «триада Коха » (для доказательства того, что микроб является причиной болезни нужно обнаружить его у больных этой болезнью, выделить чистую культуру микроба и вызвать аналогичную болензньь у лабораторных животных при их заражении).
4. ИММУНОЛОГИЧЕСКИЙ ПЕРИОД (вторая половина 19 в). Этот период связан с именами: Луи Пастера (он открыл и разработал принцип вакцинации); И. И. Мечникова (он разработал фагоцитарную теорию, которая является основой клеточной иммунологии); Пауля Эрлиха (он высказал гипотезу об антителах и развил гуморальную теорию иммунитета). Этих ученых можно считать основоположниками иммунологии.
5. МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКИЙ ПЕРИОД (со второй половины 20 в). Происходит развитие таких наук, как: молекулярная биология, генетика, биотехнология, генная и белковая инженерия, цитология и др. дало новый толчок к развитию микробиологии и иммунологии.
· были открыты в 1892 Дмитрием Ивановским, когда он изучал мозаичную болезнь табака.
СТРОЕНИЕ БАКТЕРИАЛЬНОЙ КЛЕТКИ
Клетка прокариотических организмов имеет сложное строго упорядоченное строение и обладает принципиальными особенностями ультраструктурной организации и химического состава.
Структурные компоненты бактериальной клетки делят на основные и временные. Основными структурами являются: клеточная стенка, цитоплазматическая мембрана с ее производными, цитоплазма с рибосомами и различными включениями, нуклеоид; временными — капсула, слизистый чехол, жгутики, ворсинки, эндоспоры, образующиеся лишь на определенных этапах жизненного цикла бактерий, у некоторых видов они отсутствуют полностью.
Схема строения прокариоти
ческой клетки: 1 — капсула; 2 — клеточная стенка;
3 — цитоплазматическая мембрана?
4 — нуклсоид; 5 — цитоплазма; 6 — хроматофоры; 7 — тилакоиды; 8 — ме-зосома; 9—рибосомы; 10 — жгутики;
у II — базальное тельце; 12 — пили; 13 — включение серы; 14—капли жи-j5 pa; 15 — гранулы полифосфата; 16 — плазмида
У прокариотической клетки структуры, расположенные снаружи от цитоплазматической мембраны, называют поверхностными (клеточная стенка, капсула, жгутики, ворсинки).
Термин «оболочка» в настоящее время используется для обозначения клеточной стенки и капсулы бактерий или только клеточной стенки, цитоплазматическая мембрана не входит в состав оболочки и относится к протопласту.
Бактерии представляют собой одноклеточные организмы, лишенные хлорофилла. Эта группа микроорганизмов наиболее многочисленна, широко распространена в природе и хорошо изучена. Среди бактерий имеется значительное число возбудителей инфекционных заболеваний человека и животных.
Форма и размеры бактерий. По форме клеток бактерии разделяются на шаровидные — кокки; палочковидные или цилиндрические — собственно бактерии; извитые— вибрионы и спириллы. Между основными формами имеются переходные. Различные формы бактерий показаны на рис. 1.
Кокки (от греч. coccus— зерно, ягода) различаются между собой в зависимости от расположения клеток после их деления. Одиночные кокки называются микрококками (рис. 1,1), парные — диплококками. Если кокки после деления не расходятся, а образуют цепочку, их называют стрептококками (рис. 1,3). Все эти кокки делятся только в одной плоскости. При делении в двух взаимно перпендикулярных плоскостях могут образоваться сочетания из четырех кокков — тетракокки (рис. 1,6), а при делении в трех взаимно перпендикулярных плоскостях — сарцины (от лат. sarcio — связывать; рис. 1,7), состоящие из 8—16 клеток. Если деление происходит без определенного порядка, кокки остаются вместе и образуют скопления, напоминающие грозди винограда, — стафилококки (рис.1,2). Обычно размеры кокков достигают 1—1,5 мкм.
Среди кокков имеются возбудители различных заболеваний человека: диплококки-пневмококки (рис. 1,5), мейингококки и гонококки (рис. 1,4) вызывают соответственно воспаление легких, менингит и гонорею; стафилококки и стрептококки — различные гнойные заболевания человека и животных. Многие кокки являются обитателями различных полостей и кожи человека и широко распространены во внешней среде.
Палочковидные бактерии (от греч. bacteria— палочка) имеют цилиндрическую форму и обычно располагаются одиночно (рис. 1,8—9), но иногда попарно (диплобактерии) или в виде цепочек (стрептобактерии). Палочки могут быть прямыми, слегка изогнутыми и веретенообразными; размеры их достигают 1—5x0,5— 1 мкм. Палочки, не образующие спор, называют бактериями, а спорообразующие — бациллами (аэробы) и клостридиями (анаэробы). Под воздействием различных факторов форма и величина бактерий могут меняться. Способность бактерий изменять свою форму и величину называется полиморфизмом.
Среди бактерий много возбудителей инфекционных заболеваний: чумы, сибирской язвы, бруцеллеза, столбняка, газовой гангрены, дифтерии, кишечных инфекций.
Извитые формы бактерий имеют вид спирали, состоящей из нескольких завитков. Среди них различают вибрионы, имеющие один завиток (рис. 1, 10), и спириллы с 2—3 завитками (рис. 1, 11).
Вибрионы — слабоизогнутые клетки, напоминающие запятую, длиной 1—3 мкм, очень подвижные за счет жгутика, расположенного на конце клетки. Среди вибрионов наибольшее значение имеет возбудитель холеры.
Спириллы — безвредные микроорганизмы, живущие в сточных или загрязненных водах, гниющих отбросах. Только Spirillum minus вызывает у человека болезнь укуса крысы—содоку.
Структура бактерий. Бактериальная клетка состоит из клеточной стенки, цитоплазматической мембраны и цитоплазмы, которая содержит ядерное вещество, различные органеллы и включения. Кроме того, у многих бактерий имеются капсула и слизистый слой, жгутики и пили (рис. 2).
Клеточная стенка. Оболочка, которая отделяет микробную клетку от окружающей среды, определяет и сохраняет ее форму, получила название клеточной стенки (рис. 3). Она характеризуется прочностью, эластичностью и гибкостью. Клеточная стенка выполняет жизненно важную функцию: предохраняет клетку от осмотического лизиса, так как давление внутри клетки в цитоплазме выше, чем в окружающей среде. Обладая избирательной проницаемостью, клеточная стенка обеспечивает прохождение внутрь клетки различных веществ и выведение наружу продуктов обмена. Через клеточную стенку легко проникают вода, глюкоза, аминокислоты, жирные кислоты, имеющие молекулы небольших размеров. Более крупные молекулы органических веществ не могут проникнуть внутрь клетки без предварительного расщепления их на более мелкие с помощью ферментов, выделяемых клеткой.
Клеточная стенка бактерий имеет сложную структуру и построена из компонентов двух типов. Прочность и твердость клеточной стенке придает сеть микрофибрилл, которая погружена в содержимое — матрикс. Микрофибриллы являются гликопептидами (пептидогликаны, или муреины). Слой гликопептидов определяет и сохраняет форму бактериальной клетки. Структура и химический состав клеточных стенок грамположительных и грамотрицательных бактерий различны.