Тема 3: Физиология и биохимия микроорганизмов

Химический состав бактериальной клетки:

Бактериальная клетка на 80—90% состоит из воды, и только 10% приходится на долю сухого вещества. Вода в клетке находится в свобод­ном или связанном состоянии. Она выполняет механическую роль в обеспечении тургора, участвует в гидролитических реакциях. Удаление воды из клетки путем высушивания при­водит к приостановке процессов метаболизма, прекращению размножения, а для многих бак­терий — к гибели. В

Состав сухого вещества бактерий: 52% — белки, 17% — углеводы, 9% — липиды, 16% — РНК, 3% — ДНК и 3% — минеральные вещества.

Белки выполняют роль ферментов, а также входят в состав ЦПМ и ее производных, кле­точной стенки, жгутиков, спор и некоторых капсул. Некоторые бактериальные белки являются антигенами и токсинами бактерий.

Углеводы находятся в составе некоторых капсул, клеточной стенки. Крахмал и гликоген выполняют функцию запас­ных питательных веществ. Некоторые полисахариды принимают участие в формировании антигенов.

Липиды, или жиры, входят в состав ЦПМ и ее производных; кле­точной стенки грамотрицательных бактерий, эндотоксина грамотрицательных бактерий. Они служат запасными веществами.

Нуклеиновые кислоты: в бактериальной клетке присутствуют все типы РНК и двухцепочечная ДНК.

Минеральные вещества представлены N, S, Р, Са, К, Mg, Fe, Mn, а также микроэлементами: Zn, Си, Со. Они входят в структуру белков, нуклеотидов и выступают в роли активаторов ферментов.

Типы питания бактерий:

Основной целью метаболизма бактерий является рост, т.е. коорди­нированное увеличение всех компонентов клетки. Для роста требуется постоянный приток атомов углерода.

В зависимости от источника углерода бактерии под­разделяют:

- на аутотрофы — использующие для построения своих клеток неорганический углерод в виде С0₂;

- на гетеротрофы — использующие органический углерод. Легкоусвояемыми источниками орга­нического углерода являются гексозы, многоатомные спирты, аминокислоты, липиды. Гетеротрофы, усваивающие органические вещества отмерших организмов, называют сапрофитами, в отличие от паразитов, живущих за счет органических веществ животных или растений. Паразиты бывают факультативными, существующими как внутри макроорганизма, так и культивируемыми на искусственных пита­тельных средах, и облигатными, которые не могут жить вне клеток макроорганизма; к ним относятся риккетсии, хламидии.

По источнику азота – на аминоавтотрофы, которые используют азот воздуха и аминогетеротрофы, которые используют азот органических соединений.

Микробы, использующие в качестве донора электронов органическое вещество, называют органотрофами, а неорганическое – литотрофами.

По источнику энергии различают фототрофы – используют солнечную энергиюи хемотрофы – используют энергию химических реакций.

Бактерии, изучаемые в медицинской микробиологии, являются гетерохемоорганотрофами. Отличительная особенность этой груп­пы — источник углерода у них является источником энергии.

Многие микробы нуждаются дополнительно в факторах роста, необходимых для построения их компонентов. К факторам роста относят витамины, аминокислоты, пуриновые и пиримидиновые основания, их добавляют к питательным средам.

Механизмы питания бактерий. Поступление в клетку питательных веществ регулируется следующими механизмами:

1) пассивная диффузия;

2) облегченная диффузия;

3) активный транспорт;

4) перенос (транслокация групп).

Типы дыхания бактерий:

По отношению к кислороду, а также по использованию его в процессах получения энергии микроорганизмы подразделяются на три группы: облигатные аэробы, облигатные анаэробы, факультативные анаэробы.

- Облигатные аэробы растут и размножаются только в присутствии кислорода, используя его для получения энергии путемкислородного дыхания. Пример бактерий: микобактерия туберкулёза, менингококк, бацилла сибирской язвы. Облигатные аэробы подразделяются на строгие, растущие при парциальном давлении атмосферы воздуха, и микроаэрофилы, использующие кислород в процессах получения энергии, но растущие только при его пониженном парциальном давлении.

- Облигатные анаэробы не используют кислород для получения энергии и подразделяются на две группы: строгие и аэротолерант­ные. Для строгих анаэробов молекулярный кислород токсичен, он убивает микроорганизмы или ограничивает их рост. Энергию строгие анаэробы получают маслянокислым брожением. К стро­гим анаэробам относятся, например, некоторые клостридии (столбняка, ботулизма), бактероиды. Аэротолерантные анаэробы не используют кислород для получения энергии, но могут существо­вать в его атмосфере. К ним относятся молочнокислые бактерии.

- Факультативные анаэробы растут и размножаются как в присут­ствии кислорода, так и без него. Энергию они получают в при­сутствии кислорода за счет кислородного дыхания, а при его отсутствии — брожением. Примеры – эшерихии, сальмонеллы.

Культивирование бактерий:

Для культивирования бактерий необходимы следующие условия:

1. Полноценная питательная среда.

Среды обогащения стимулируют рост какого-то определенно­го микроорганизма, ингибируя рост других. Например, среда, содержащая селенит натрия, стимулирует рост бактерий рода сальмонелла, ингибируя рост кишечной палочки.

Дифференциально-диагностические среды служат для изу­чения ферментативной активности бактерий. Они состоят из простой питательной среды с добавлением субстрата, на который должен подействовать фермент, и индикатора, меня­ющего свой цвет в результате ферментативного превращения субстрата. Например, среды Гиса используют для изучения способности бактерий ферментировать сахара.

Комбинированные среды сочетают элективную среду, подав­ляющую рост сопутствующей микрофлоры, и дифференци­альную среду, диагностирующую ферментативную активность выделяемого микроорганизма. Примерами таких сред служат среда Плоскирева и висмут-сульфитный агар, используемые при выделении патогенных кишечных бактерий. Эти среды ингибируют рост кишечной палочки.

2. Температура культивирования.