• Гідрологія і Гідрометрія
• Господарське право
• Економіка будівництва
• Економіка природокористування
• Економічна теорія
• Земельне право
• Історія України
• Кримінально виконавче право
• Медична радіологія
• Методи аналізу
• Міжнародне приватне право
• Міжнародний маркетинг
• Основи екології
• Предмет Політологія
• Соціальне страхування
• Технічні засоби організації дорожнього руху
• Товарознавство продовольчих товарів

Поняття про хімічний склад мікроорганізмів. Основні фізіологічні процеси у бактерій. Живлення, дихання, ріст і розмноження бактерій. Умови культивування бактерій.

Для розуміння процесів метаболізму важливо знати хімічний склад мікробних клітин. Подібно до всіх живих організмів мікроби містять елементи-органогени: вуглець, водень, кисень, азот, фос­фор і сірку, з яких утворюються складні органічні сполуки, а також зольні елементи: калій, натрій, кальцій, магній, залізо, кремній та інші, які входять до складу органічних речовин або утворюють солі.

Мікробна клітина складається з води (70—85 %) і сухого залиш­ку (15—ЗО %). До складу сухого залишку входять білки, нуклеїнові кислоти, вуглеводи, ліпіди, низькомолекулярні органічні речовини і солі.

Основну масу клітини становить вода. її значення в процесах життєдіяльності вирішальне: у разі значної втрати води мікробна клітина гине. Вода є розчинником хімічних сполук, сприяє біохі­мічним процесам, входить до складу клітинних структур, складних органічних речовин. Вміст її змінюється залежно від фізіологічного стану клітини, стадії розвитку, умов середовища, в якому вона пе­ребуває. Так, у спорі, де фізіологічні процеси пригнічені, міститься мало води (близько 40 %); капсульні форми бактерій містять най­більшу кількість води.

Основну масу сухого залишку становлять білки (50—80 % маси сухого залишку). Вони представлені простими білками — протеїна­ми і складними — протеїдами. Білки, що зв'язані з нуклеїновими кислотами, називають нуклеопротеїдами, з вуглеводами — гліко-протеїдами, з ліпідами — ліпопротеїдами, із залізом і міддю — хро­мопротеїдами. Білки містяться в цитоплазмі, нуклеоїді, поверхневій мембрані, джгутиках, війках, у невеликій кількості — в цитоплаз­матичній мембрані. До білків належать ферменти, деякі токсини. Білки визначають видову специфічність мікробів (є антигенами), зумовлюють патогенні властивості.

Нуклеїнові кислоти (10—ЗО % маси сухого залишку), як у всіх живих клітинах, представлені ДНК і РНК. ДНК знаходиться в ну­клеоїді і визначає генетичні властивості мікробів. РНК міститься в рибосомах, цитоплазмі та бере участь у біосинтезі білка.

Вуглеводи (12—18 % маси сухого залишку) бувають прости­ми (моно- та дисахариди) і високомолекулярними (полісахариди). Вуглеводи входять до складу клітинної стінки, капсули, складних сполук (пептидоглікан, тейхоєві кислоти). Вони зумовлюють анти­генну структуру мікробної клітини, є фактором патогенності. Деякі (глікоген, крохмаль) виконують роль запасних поживних речовин у клітині.

Ліпіди (0,2—40 % маси сухого залишку) представлені жирами, восками, жирними кислотами, фосфоліпідами, входять до складу цитоплазматичної і поверхневої мембран, клітинної стінки. Значна кількість ліпідів у мікобактерій туберкульозу (40 %), коринебакте­рій дифтерії (до 5 %) зумовлює їхню стійкість до факторів навко­лишнього середовища, впливає на тинкторіальні властивості. Ліпі­ди, а також їх комплекси з іншими речовинами (ліпополісахариди) токсичні для макроорганізму.

Мінеральні речовини (2—14 % маси сухого залишку) представ­лені сполуками фосфору, натрію, калію, магнію, сірки, заліза та ін­ших елементів.

Фосфор входить до складу фосфоліпідів, АТФ (акумулятор енер­гії в клітині), нуклеїнових кислот, ферментів.

Іони натрію утримують воду, тому зумовлюють осмотичний тиск мікробної клітини (15 атм у Е. coli).

У більшості мікроорганізмів осмотичний тиск цитоплазми від­повідає осмотичному тиску 0,5 % розчину натрію хлориду, що вра­ховується під час виготовлення поживних середовищ.

Залізо, мідь входять до складу ферментів, які беруть участь у процесах дихання.

Для розвитку мікробів також необхідні мікроелементи: кобальт, марганець, мідь, хром, нікель, цинк, молібден та ін. Вони містяться в незначній кількості, входять до складу ферментів і активують їх.

Хімічні речовини зумовлюють антигенні і хвороботворні власти­вості мікробів. Особливості хімічного складу мікробів враховують під час створення препаратів для лікування, ідентифікації та у разі знезараження мікроорганізмів

Наука про життєдіяльність живого організму називається фізі­ологією (від грец. physis — природа, logos — вчення). В основі фізі­ологічних функцій лежить безперервний обмін речовин — метабо­лізм (від грец. metabole — перетворення).

Метаболізм — це два нерозривно пов'язаних між собою проце­си: анаболізм і катаболізм. Анаболізм (від грец. anabole — піднят­тя) — сукупність хіміко-біологічних процесів у живому організмі, спрямованих на утворення й оновлення його структурних частин. Він полягає в синтезі складних молекул із більш простих, що супро­воджується накопиченням енергії. Анаболізм називають конструк­тивним обміном.

Катаболізм (від грец. katabole — руйнування) — сукупність фізі­ологічних процесів у живому організмі, спрямованих на розщеплен­ня складних органічних речовин (дихання, бродіння), під час якого вивільнюється енергія. Його називають енергетичним обміном.

Мікроби — це організми з дуже інтенсивним рівнем метаболізму. За одну добу за сприятливих умов одна мікробна клітина споживає таку кількість поживних речовин, яка в ЗО—40 разів перевищує її масу. Завдяки цьому мікроорганізми швидко адаптуються до різних умов існування. Інтенсивний метаболізм і адаптацію забезпечує ве­лика кількість ферментів. Мікроби здатні утилізувати навіть ті ре­човини, які не придатні для живлення вищих організмів: феноли, вуглеводні (нафту і продукти її переробки), миючі засоби. У цьому полягає їх величезна роль як санітарів, що очищують навколишнє середовище.

Живлення мікроорганізмів. Для росту і розмноження мікробів необхідне надходження в клітину поживних речовин. Тип живлен­ня мікробів голофітний, тобто поживні речовини надходять у клі­тину через оболонку шляхом дифузії в молекулярній формі. Процес проникнення поживних речовин у мікробну клітину контролюється цитоплазматичною мембраною завдяки її вибірковій напівпроник­ності. Складні речовини (білки, полісахариди) спочатку розщеплю­ються до низькомолекулярних під впливом ферментів, які виділя­ють мікроби, і стають доступними для споживання.

Основні елементи, що необхідні для синтезу органічних сполук, — це карбон (вуглець), гідроген (водень), оксиген (кисень) і нітро­ген (азот). Потребу в кисні і водні мікроби задовольняють за рахунок води. Типи живлення визначають за характером засвоєння вуглецю й азоту. Залежно від цього мікроби поділяють на дві групи: автотро­фи і гетеротрофи.

Автотрофи (від грец. autos — сам, trophe — живлення) — мікро­організми, які самі перетворюють неорганічні сполуки на органічні, а діоксид вуглецю для них є єдиним джерелом вуглецю. До них на­лежать мікроорганізми, що населяють ґрунт, водойми.

Гетеротрофи (від грец. heteras — інший і trophe — живлення) — мікроорганізми, які не здатні використовувати діоксид вуглецю як єдине джерело вуглецю. Для їх розвитку потрібні готові органічні сполуки. Гетеротрофи, в свою чергу, також поділяють на дві групи: сапрофіти (від грец. sapros — гнилий, phyton — рослина), які жив­ляться відмерлими організмами, і паразити (від грец. para — при, sitos — їжа) — живляться за рахунок живих рослинних і тваринних організмів. Сапрофіти виконують велику роль в очищенні довкілля від залишків рослин, трупів тварин, а паразити спричинюють ін­фекційні хвороби.

Тип живлення мікроорганізмів враховують під час виготовлення поживних середовищ для культивування їх у лабораторних умовах.

Дихання мікробів. Для життєдіяльності мікробів потрібна енер­гія, яку вони акумулюють у молекулах АТФ. Залежно від джерела енергії мікроби поділяють на дві групи: фототрофи і хемотрофи.

Фототрофи (від грец. photos — світло і trophe — живлення) ви­користовують енергію сонячного світла; хемотрофи — енергію, що виділяється під час окисно-відновних реакцій.

За відношенням до вільного кисню мікроби поділяють на 4 групи:

1) облігатні (від лат. obligatus — обов'язковий) аероби (від грец. аег — повітря) розвиваються за наявності вільного кисню (мі­кобактерії туберкульозу, бордетели, бруцели); вони витриму­ють концентрацію кисню таку (21 %) або більш високу, ніж в атмосферному повітрі, і мають чисто дихальний тип метабо­лізму;

2) мікроаерофіли (від грец. mikros — малий, аег — повітря, phileo — люблю) потребують зменшеної кількості кисню по­рівняно з його вмістом в атмосферному повітрі (актиноміцети, лептоспіри);

3) факультативні (від лат. facultas — можливий, необов'язковий) аероби розвиваються як за наявності кисню, концентрація якого дорівнює його концентрації в атмосферно­му повітрі, так і за його відсутності (ешерихії, сальмонели);

4) облігатні анаероби (від грец. an — частка заперечення) розви­ваються тільки за відсутності кисню (клостридії, бактероїди). Для них характерний бродильний тип метаболізму. Кисень на анаероби діє згубно. Для лікування хвороб, які спричинюють облігатні анаероби, використовують барокамери, в які пода­ють кисень під тиском 1—3 атм.

Ферменти мікроорганізмів. Роль каталізатора в процесах мета­болізму виконують ферменти (від грец. fermentum — закваска). Для нормальної життєдіяльності клітини потрібно від 1000 до 4000 фер­ментів. Функціональна активність ферментів і швидкість фермента­тивних реакцій залежать від умов, в яких перебуває мікроорганізм. Особливе значення має pH середовища і температура. Для більшості патогенних мікроорганізмів оптимальними є pH 7,2—7,4 і темпера­тура 37 °С. Це враховується під час культивування мікроорганізмів у лабораторії. Біосинтез ферментів будь-якого мікроорганізму коду­ється його геномом і є досить постійною ознакою. Тому виявлення ферментів використовують для ідентифікації (біохімічні ознаки) мікробів. Крім того, вивчення ферментів необхідне для розуміння патогенезу інфекційних хвороб.

У мікроорганізмів виявлені всі 6 класів ферментів:

1) оксидрредуктази — ферменти бродіння, які каталізують окисно-відновні реакції (оксидаза, каталаза та ін.);

2) трансферази — каталізують реакції переносу груп атомів від одних молекул органічних сполук до інших; завдяки цим фер­ментам у живих клітинах відбуваються процеси алкілування (перенос радикалів), біосинтез білків, нуклеїнових кислот (РНК- і ДНК-полімерази);

3) гідролази — каталізують реакції гідролізу молекул (протеази каталізують реакції гідролізу білків до пептонів і амінокис­лот, карбогідрази — гідроліз полісахаридів; деякі гідролази спричиняють патогенну дію на макроорганізм: стрептокіназа каталізує реакцію гідролізу фібрину, дезоксирибонуклеаза — гідроліз ДНК);

4) ліази — каталізують реакції негідролітичного відщеплення хімічної групи атомів (С0₂, Н₂0, —NH₂) від молекули з утво­ренням подвійного зв'язку або приєднання групи атомів до подвійного зв'язку (дезамінази, декарбоксилази);

5) ізомерази — каталізують внутрішньомолекулярне перетво­рення, в тому числі взаємне перетворення ізомерів органічних сполук у живій клітині;

6) лігази, або синтетази — каталізують сполучення різних моле­кул за рахунок енергії АТФ (зшивання нуклеотидів у молеку­лу ДНК тощо).

Залежно від особливостей генетичного контролю розрізняють екзоферменти і ендоферменти.

Екзоферменти (від грец. ехо — зовні, поза) виділяються з мікроб­ної клітини через оболонку в навколишнє середовище, в тому числі і в організм людини. Ці ферменти зумовлюють біохімічну активність мікроорганізмів.

Ендоферменти (від грец. endort — внутрішній) локалізуються в цитоплазмі, цитоплазматичній мембрані та периплазматичному просторі. Вони вивільняються з мікробної клітини і потрапляють у навколишнє середовище, в тому числі і в організм людини, у разі руйнування мікробної клітини.

Екзо- і ендоферменти поділяють на конститутивні (конструк­тивні) та адаптивні (індуктивні). Конститутивні (від лат. constans — постійний) ферменти постійно синтезуються в клітині, адаптивні (від пізньолат. adaptatio — пристосування) — за наявності відповід­ного субстрату. Останні забезпечують пристосування мікроорганіз­мів. Так, пеніциліназа синтезується за наявності пеніциліну і забез­печує стійкість мікробів до даного антибіотика.

Під час ідентифікації мікроорганізмів найчастіше визначають такі ферменти:

— протеолітичні — розщеплюють пептон до індолу, сірковод­ню та аміаку, розріджують желатин, розщеплюють казеїн;

— сахаролітичні — розщеплюють вуглеводи до кислоти або до кислоти і газу;

— уреазу — розщеплює сечовину до аміаку і вуглекислого газу;

— лецитиназу — руйнує лецитин (ліпід, що входить до складу клітинних мембран макроорганізму) оболонки клітин;

— плазмокоагулазу — спричинює згортання плазми крові;

— декарбоксилазу — відщеплює карбоксильну групу від моле­кул амінокислот і перетворює їх на органічні аміни, які ток­сичні для макроорганізму;

— дезаміназу — відщеплює аміногрупу від молекули амінокис­лоти;

— а також токсин гемолізин, який руйнує еритроцити крові. Залежно від дії на макроорганізм розрізняють ферменти агре­сії та захисту мікроорганізмів, вони є фактором патогенності.

Одні з них безпосередньо руйнують слиз, клітини, волокна, тка­нини і тим самим сприяють інвазії мікроорганізмів (гіалуроніда-за, нейрамінідаза) або пригнічують захисні реакції макроорганіз­му (плазмокоагулаза захищає мікробну клітину від фагоцитозу і антитіл, протеази руйнують антитіла). Інші зумовлюють утво­рення продуктів розпаду, які токсично діють на макроорганізм. Так, у разі дії мікробної уреази утворюються токсичні продукти, зокрема аміак, який спричинює запалення тканин. Біохімічна активність у різних мікробів різна, що враховується під час іден­тифікації культури.

Ріст і розмноження мікроорганізмів. Ріст — це збільшення роз­мірів і формування структур мікробної клітини. Розмноження — це збільшення кількості клітин в популяції (від лат. populus — насе­лення). Популяція — це сукупність особин одного виду, які трива­лий час займають певний простір і відтворюють себе протягом бага­тьох поколінь.

Бактерії (типові і атипові) розмножуються вегетативно переваж­но бінарним (від лат. binarius — подвійний) поділом. У грампозитив-них бактерій за рахунок цитоплазматичної мембрани утворюється перегородка, яка вростає від клітинної стінки до центру. Грамне-гативні бактерії спочатку тоншають у центрі, а потім розділяються перегородкою на дві дочірні клітини; францисели (збудник туляре­мії), мікобактерії туберкульозу розмножуються брунькуванням.

Механізм розмноження бактерій полягає в тому, що ДНК ну-клеоїду деспіралізується, її нитки розходяться і на кожній одразу ж починає синтезуватись її копія за законом комплементарності (реплікація ДНК). Так відбувається поділ генетичного матеріалу материнської клітини між двома дочірніми. За рахунок цитоплаз­матичної мембрани утворюється перегородка і синтезуються інші структури оболонки — формуються дві дочірні клітини.

Рикетсії розмножуються, як і бактерії, шляхом бінарного поді­лу. Але під час розмноження проходять дві стадії розвитку: вегета­тивну та спокою.

Хламідії під час розмноження проходять три стадії розвитку: вегетативну, спокою та проміжну. Рикетсії і хламідії обов'язково розмножуються всередині еукаріотних клітин, оскільки вони — об-лігатні паразити.

Мікоплазми розмножуються шляхом бінарного поділу або брунь­кування.

Актиноміцети розмножуються фрагментацією (поділом на час­тини) ниткоподібних клітин на паличкоподібні та кокоподібні фор­ми і спороутворенням.

Патогенні гриби розмножуються брунькуванням (дріжджі), а та­кож спороутворенням.

У найпростіших нерідко спостерігається чергування різних форм розмноження зі зміною хазяїна. Під час вегетативного розмноження відбувається бінарний поділ клітини (трипаносоми, трихомонади) або множинне дроблення (малярійний плазмодій); це відбувається в організмі людини — проміжний хазяїн. Статевий шлях розмножен­ня відбувається в організмі комара (малярійний плазмодій), москіта (лейшманії), тварин — основний хазяїн.

Віруси розмножуються тільки внутрішньоклітинно: окремо від­бувається реплікація нуклеїнових кислот, окремо синтезуються біл­ки оболонки, потім формується віріон і виходить із клітини. Тому цей процес називають репродукцією вірусів.

Мікроорганізми характеризуються великою швидкістю роз­множення. У більшості видів бактерій клітина поділяється кожні 20—ЗО хв, що визначає їх патогенність. Так, збудники чуми, холе­ри розмножуються настільки швидко, що імунна система не всти­гає відреагувати, — хвороба має блискавичний характер і може закінчитися смертю хворого через декілька годин або діб після зара­ження. Мікобактерії туберкульозу розмножуються дуже повільно, імунна система встигає відреагувати на збудника. Цим пояснюється той факт, що інфікованість дорослих людей мікобактеріями тубер­кульозу, за даними ВООЗ, становить 70—80 % , а хворіють близько 1 % , переважно люди з ослабленою імунною системою. За підрахун­ками В.Л. Омелянського, з однієї клітини за умови безперервного розмноження за 5 діб могла б утворитися така кількість бактерій, що заповнила б басейни всіх морів і океанів на Землі. Але на швид­кість розмноження мікробів впливають різні фактори середовища: температура, рН, аерація, наявність поживних речовин тощо. Це враховують під час культивування мікроорганізмів.

Після внесення мікробів у поживне середовище відбувається ріст культури за певними законами. Термін росту культури насамперед залежить від виду мікроорганізмів. Так, культура кишкової палич­ки виростає за 18—20 год, патогенних грибів (залежно від виду) — за 5—10 діб, туберкульозної палички за 3—5 тижнів і більше.

Під час культивування в рідкому поживному середовищі спосте­рігають поступову зміну фаз розвитку культури, які умовно можна розділити на чотири основні:

1) латентна, або лаг-фаза (від лат. lateas — прихований) — мі­кроорганізми адаптуються до поживного середовища, не роз­множуються. Тривалість кожної фази у різних видів мікробів різна і залежить від часу генерації (терміну, протягом якого відбувається поділ клітини). Для більшості бактерій трива­лість лаг-фази становить 1—2 год;

2) фаза логарифмічного росту — експоненціальна (від лат. ехропепв — той, що показує, відображає) — мікроорганізми енергійно ростуть і розмножуються, споживають із середови­ща поживні речовини і починають накопичувати продукти обміну (5—8 год). У цій фазі мікроби найбільш біологічно і біохімічно активні, тому в цей час слід вивчати властивості культури;

3) фаза стаціонарного росту — кількість живих клітин у куль­турі залишається постійною, тобто настає рівновага між жи­вими і відмерлими клітинами. У середовищі кількість пожив­них речовин зменшується, кількість токсичних продуктів обміну зростає. Умови для розвитку культури мікробів погір­шуються. Тривалість фази для більшості бактерій становить 6—7 год;

4) фаза відмирання — кількість живих клітин у культурі значно зменшується. Виснаження поживного середовища і накопичен­ня токсичних продуктів обміну призводить до того, що культу­ра мікробів з часом гине. Ця фаза може тривати від 10 год до декількох тижнів і навіть місяців.

У фазі стаціонарного росту і фазі відмирання порушуються про­цеси метаболізму, у мікробній клітині можуть виникати морфоло­гічні, тинкторіальні і біохімічні зміни (змінюється форма клітини, втрачаються джгутики, капсули, змінюється відношення до барвни­ків, зменшується здатність синтезувати ферменти, токсини тощо). Це слід враховувати під час ідентифікації культури.

У процесі життєдіяльності мікроби здатні утворювати пігмент. Утворення пігменту є постійною ознакою і використовується під час ідентифікації культури мікробів. Мікроби утворюють пігменти різ­ного кольору: жовтий, білий, червоний, чорний, синій, оранжевий. За розчинністю пігменти бувають: розчинні у воді, нерозчинні у воді, але розчинні у спирті та нерозчинні ні у воді, ні у спирті. Синьогній-на паличка утворює пігмент піоціанін, розчинний у воді. Тому під час її культивування забарвлюються і колонії, і поживне середови­ще. Якщо цей мікроорганізм потрапляє в рану, то перев'язувальний матеріал також забарвлюється в синій колір. Біологічна роль піг­ментів полягає в тому, що вони захищають мікроби від пагубної дії сонячного світла, беруть участь в обміні речовин, деякі пігменти ма­ють антибіотичні властивості.

Деякі мікроорганізми утворюють леткі пахучі речовини — аро­мати. Аромат молочнокислих продуктів, вершкового масла, вина зумовлений життєдіяльністю мікроорганізмів. Аромат залежить від продуктів, що накопичуються під впливом мікробів. Гнилісні мікро­би утворюють індол, скатол, меркаптан, сірководень, аміак, тому від гнилих продуктів поширюється неприємний запах. Деякі мікроби утворюють складні ефіри: оцтово-етиловий, оцтово-аміловий, тому культури таких мікробів мають приємний запах. Утворення арома­ту є постійною ознакою, яку використовують під час ідентифікації мікробів. Так, культура шигел (збудника дизентерії) має запах спер­ми, туберкульозних паличок — запах меду, синьогнійної палички — суничного мила.

У природі трапляються мікроби, здатні світитися в темряві зеленувато-блакитним або жовтуватим світлом. їх називають фото­бактеріями (від грец. photos — світло). Світіння відбувається за ра­хунок інтенсивних процесів окиснення, внаслідок яких виділяється енергія у вигляді світла. Фотобактерії — це аероби, більшість із яких населяють солону морську воду, тому їх також називають гало-фільними. Присутністю фотогенних мікробів пояснюється світіння морської води, морської риби й інших морських тварин. Фотоген -ні мікроорганізми також населяють наземні об'єкти, зумовлюючи світіння павуків, мурашок, грибів опеньок, пеньків тощо. Вони не спричинюють гниття. На початку XX ст. їх пробували використову­вати як "безпечні лампи" у порохових погрібах.

Серед патогенних мікробів також є фотогенні (легіонели).

Читайте також:

1. D-петля, що складається з 8–12 залишків, декілька з яких – дигідроуридинові.
2. I. При підготовці до переговорів визначите склад делегації і її керівника.
3. II. Анатомічний склад лімфатичної системи
4. II. Вимоги до складання паспорта бюджетної програми
5. II. За зміною ступенів окиснення елементів, які входять до складу реагуючих речовин
6. II. Основні закономірності ходу і розгалуження судин великого і малого кіл кровообігу
7. II. Поняття соціального процесу.
8. III. Вимоги до учасників, складу груп і керівників туристських подорожей
9. V Практично всі психічні процеси роблять свій внесок в специфіку організації свідомості та самосвідомості.
10. V. Поняття та ознаки (характеристики) злочинності
11. А/. Поняття про судовий процес.
12. Аварійно-рятувальні підрозділи Оперативно-рятувальної служби цивільного захисту, їх призначення і склад.

Переглядів: 6246