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.
Искусственные питательные среды должны отвечать следующим требованиям:
-каждая питательная среда должна содержать воду, так как в ней протекают все процессы жизнедеятельности бактерий;
-для культивирования бактерий в среде должны содержаться органические источники углерода и энергии (углеводы, аминокислоты, органические кислоты, липиды);
-для биосинтетических процессов бактериям требуются источники азота, серы, фосфаты, микроэлементы;
-поддержание определенного рН имеет значение для предотвращения гибели микроорганизмов от ими же образованных продуктов обмена;
-среда должна обладать определенным осмотическим давлением;
-питательные среды должны быть стерильными.
В зависимости от консистенции питательные среды могут быть жидкими, полужидкими и плотными. Плотность среды достигается добавлением агара - полисахарида, получаемого из водорослей.
В зависимости от состава и цели применения различают простые, сложные, элективные, дифференциально-диагностические и комбинированные среды.
К простым средам относятся пептонная вода, мясопептонный бульон, мясопептонный агар. На основе этих простых сред готовят сложные среды, например, сахарный и сывороточный бульоны, кровяной агар.
В зависимости от назначения среды подразделяются на элективные, среды обогащения и дифференциально-диагностические.
На элективных средах лучше растет какой-то определенный микроорганизм. Например, щелочной агар служит для выделения холерного вибриона.
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.
Температура влияет на скорость размножения. По отношению к температуре роста бактерии разделяются на три основные группы: психрофилы, мезофилы и термофилы. Психрофилы живут и размножаются при пониженных температурах (от 10 до +20 °С). Мезофилы имеют температурный диапазон роста между + 30 и + 45 °С. К этой группе относится большинство возбудителей болезней человека, оптимальный рост которых возможен при температуре +37 °С. Термофилы способны расти при повышенных температурах + 50 до +60 °С.
Для поддержания требуемой температуры используют специальные приборы — термостаты.
3. Атмосфера культивирования.
Для роста и размножения строгих аэробов необходим кислород. Аэробы хорошо растут на поверхности агара на чашках Петри или в тонком верхнем слое жидкой среды. Факультативные анаэробы культивируют в аналогичных условиях.
Облигатные анаэробы для своего роста и размножения требуют исключения доступа кислорода воздуха. Этого достигают следующими способами:
-добавлением к питательным средам редуцирующих кислород веществ — тиогликолевой, аскорбиновой кислот;
-освобождением от кислорода воздуха жидких питательных сред путем их кипячения с последующим плотным закупориванием сосудов, в которые налиты среды, резиновыми пробками;
-использованием поглотителей кислорода, этот метод используют для культивирования аэротолерантных бактерий;
-механическим удалением кислорода воздуха с последующим заполнением емкости инертным газом (для этих целей используют анаэростаты и анаэробные боксы).
Время культивирования зависит от времени генерации. Большинство бактерий культивируют для получения видимого роста в течение 18—48 ч. Для культивирования возбудителя коклюша требуется 5 суток, а для микобактерии туберкулёза — 3—4 недели.
4. Освещение.
Для выращивания фототрофных микроорганизмов необходим свет. Некоторые условно патогенные микобактерии в зависимости от освещенности образуют пигмент, который используют при их идентификации.
Культивирование абсолютных внутриклеточных паразитов – риккетсий и хламидий, осуществляют на культурах клеток или в организме животных и членистоногих, а также на куриных эмбрионах.