Лекция № 4. физиология и принципы культивирования микроорганизмов.

Метаболизм микроорганизмов.

Для размножения и роста микробы нуждаются в веществах, применяемых для построения структурных получения энергии и компонентов клетки. Метаболизм (т.е. энергии и обмен веществ) имеет две составляющих- катаболизм и анаболизм. Анаболизм- синтез компонентов клетки (конструктивный обмен). Катаболизм- энергетический обмен, связан с окислительно- восстановительными реакциями, расщеплением глюкозы и других органических соединений, синтезом АТФ. Питательные вещества смогут поступать в клетку в растворимом виде (это характерно для прокариот)- осмотрофы, либо в виде отдельных частиц- фаготрофы.

Главным регулятором поступления веществ в бактериальную клетку есть цитоплазматическая мембрана. Существует четыре главных механизма поступления веществ: -пассивная диффузия- по градиенту концентрации, энергонезатратная, не имеющая субстратной специфичности;

— облегченная диффузия- по градиенту концентрации, субстратспецифичная, энергонезатратная, осуществляется при участии специальных белков пермеаз;

— деятельный транспорт- против градиента концентрации, субстратспецифичен (особые связывающие белки в комплексе с пермеазами), энергозатратный (за счет АТФ), вещества поступают в клетку в химически неизмененном виде;

— транслокация (перенос групп)- против градиента концентрации, посредством фосфотрансферазной совокупности, энергозатратна, вещества (в основном сахара) поступают в клетку в форфорилированном виде.

Главные химические элементы- органогены, нужные для синтеза органичеких соединений- углерод, азот, водород, кислород.

В зависимости от источника потребляемого углерода микробы подразделяют на аутотрофы (применяют CO2) и гетеротрофы (применяют готовые органические соединения). В зависимости от источника энергии микробы дробят на фототрофы (энергию приобретают за счет фотосинтеза- к примеру, цианобактерии) и хемотрофы (энергия добывается за счет химических, окислительно- восстановительных реакций). В случае если наряду с этим донорами электронов являются неорганические соединения, то это литотрофы, в случае если органические- органотрофы. В случае если бактериальная клетка в состоянии синтезировать все нужные для жизнедеятельности вещества, то это прототрофы. В случае если бактерии нуждаются в дополнительных веществах (факторах роста), то это ауксотрофы. Главными факторами роста для труднокультивируемых бактерий являются пуриновые и пиримидиновые основания , витамины, кое-какие (в большинстве случаев незаменимые) аминокислоты, кровяные факторы (гемин) и др.

Дыхание микроорганизмов.

Методом дыхания микробы добывают энергию. Дыхание- биологический процесс переноса электронов через дыхательную цепь от доноров к акцепторам с образованием АТФ. В зависимости от того, что есть конечным акцептором электронов, выделяют аэробное и анаэробное дыхание. При аэробном дыхании конечным акцептором электронов есть молекулярный кислород (О2), при анаэробном- связанный кислород ( -NO3 , =SO4, =SO3).

Примеры.

Лекция № 4. физиология и принципы культивирования микроорганизмов.

О2

Лекция № 4. физиология и принципы культивирования микроорганизмов.

Аэробное дыхание донор водорода H2O

Анаэробное дыхание

Лекция № 4. физиология и принципы культивирования микроорганизмов.

нитратное окисление NO3

Лекция № 4. физиология и принципы культивирования микроорганизмов.

(факультативные анаэробы) донор водорода N2

Лекция № 4. физиология и принципы культивирования микроорганизмов.

сульфатное окисление SO4

Лекция № 4. физиология и принципы культивирования микроорганизмов.

(облигатные анаэробы) донор водорода H2S

По типу дыхания выделяют четыре группы микроорганизмов.

1.Облигатные (строгие) аэробы. Им нужен молекулярный (атмосферный) кислород для дыхания.

2.Микроаэрофилы нуждаются в уменьшенной концентрации (низком парциальном давлении) свободного кислорода. Для этих условий в газовую смесь для культивирования в большинстве случаев додают CO2, к примеру до 10- процентной концентрации.

3.Факультативные анаэробы смогут потреблять глюкозу и размножаться в аэробных и анаэробных условиях. Среди них имеются микробы, толерантные к довольно высоким (родных к атмосферным) концентрациям молекулярного кислорода — т.е. аэротолерантные, и микробы каковые способны в определенных условиях переключаться с анаэробного на аэробное дыхание.

4.Строгие анаэробы размножаются лишь в анаэробных условиях т.е. при низких концентрациях молекулярного кислорода, что в громадных концентрациях для них губителен. Биохимически анаэробное дыхание протекает по типу бродильных процессов, молекулярный кислород наряду с этим не употребляется.

Аэробное дыхание энергетически более действенно (синтезируется большее количество АТФ).

В ходе аэробного дыхания образуются токсические продукты окисления (H2O2- перекись водорода, -О2 — свободные кислородные радикалы), от которых защищают своеобразные ферменты, в первую очередь каталаза, пероксидаза, пероксиддисмутаза. У анаэробов эти ферменты отсутствуют, кроме этого как и совокупность регуляции окислительно- восстановительного потенциала (rH2).

Главные способы создания анаэробных условий для культивирования микроорганизмов.

1.Физический- откачивание воздуха, введение особой газовой безкислородной смеси (чаще- N2- 85%, CO2- 10%, H2- 5%).

2.Химический- используют химические поглотители кислорода.

3.Биологический- совместное культивирование строгих анаэробов и аэробов (аэробы поглощают кислород и создают условия для размножения анаэробов).

4.Смешанный- применяют пара различных подходов.

Нужно подчернуть, что создание оптимальных условий для строгих анаэробов- весьма непростая задача. Весьма непросто обеспечить постоянное поддержание безкислородных условий культивирования, нужны особые среды без содержания растворенного кислорода, поддержание нужного окислительно- восстановительного потенциала питательных сред, доставка и взятие, посев материала в анаэробных условиях.

Существует последовательность приемов, снабжающих более подходящие условия для анаэробов- предварительное кипячение питательных сред, посев в глубочайший столбик агара, заливка сред вазелиновым маслом для сокращения доступа кислорода, применение герметически закрывающихся пробирок и флаконов, шприцев и лабораторной посуды с инертным газом, применение хорошо закрывающихся эксикаторов с горящей свечой. Употребляются особые устройства для анаэробных условий- анаэростаты. Но на данный момент самый простым и действенным оборудованием для анаэробных и микроаэрофильных условий есть совокупность “Газпак” со особыми газорегенерирующими пакетами, действующими по принципу вытеснения атмосферного воздуха газовыми смесями в герметически закрытых емкостях.

Ключевые принципы культивирования микроорганизмов на питательных средах.

1.Применение всех нужных для соответствующих микробов питательных компонентов.

2.Оптимальные температура, рН, rH2, концентрация ионов, степень насыщения кислородом, давление и газовый состав.

Микробы культивируют на питательных средах при оптимальной температуре в термостатах, снабжающих условия инкубации.

По температурному оптимуму роста выделяют три главные группы микроорганизмов.

1.Психрофилы- растут при температурах ниже +20 градусов Цельсия.

2.Мезофилы- растут в диапозоне температур от 20 до 45 градусов (довольно часто оптимум- при 37 градусах С).

3.Термофилы- растут при температурах выше плюс 45 градусов.

Краткая черта питательных сред.

По консистенции выделяют жидкие, плотные (1,5- 3% агара) и полужидкие (0,3- 0,7 % агара) среды.

Агар- полисахарид сложного состава из морских водорослей, главный отвердитель для плотных (жёстких) сред. В качестве азота источника и универсального углерода используют пептоны- продукты ферментации белков пепсином, разные гидролизаты- мясной, рыбный, казеиновый, дрожжевой и др.

По назначению среды разделяют на последовательность групп:

— универсальные (простые), пригодные для разных нетребовательных микроорганизмов (мясо- пептонный бульон- МПБ, мясо- пептонный агар- МПА);

— особые- среды для микроорганизмов, не растущих на универсальных средах (среда Мак- Коя на туляремию, среда Левенштейна- Иенсена для возбудителя туберкулеза);

— дифференциально- диагностические- для разделения микроорганизмов по ферментативной активности и культуральным особенностям ( среды Эндо, Плоскирева, Левина, Гисса);

— селективные (элективные)- для выделения определенных подавления роста и видов микроорганизмов сопутствующих- пептонная вода, селенитовая среда, среда Мюллера.

По происхождению среды дробят на естественные, полусинтетические и синтетические.

размножение и Рост микроорганизмов.

Бактериальные клетки размножаются в следствии деления. Главные стадии размножения микробов в жидкой среде в стационарных условиях:

— лаг- фаза (начальная стадия адаптации с медленным темпом прирости биомассы бактерий);

— экспоненциальная (геометрического роста) фаза с резким ростом численности популяции микроорганизмов (2 в степеии n);

— гибели фаза (и равновесия стационарная фаза размножения микробных клеток);

— стадия смерти — уменьшение численности популяции в связи с отсутствием и уменьшением условий для размножения микроорганизмов (недостаток питательных веществ, изменение рH, rH2, концентрации ионов и других условий культивирования).

Эта динамика характерна для периодических культур с постепенным истощением запаса питательных веществ и накоплением метаболитов.

В случае если в питательной среде создают условия для поддержания микробной популяции в экспоненциальной фазе- это хемостатные (постоянные) культуры.

Темперамент роста бактерий на плотных и жидких питательных средах: целой рост, образование колоний, осадок, пленка, помутнение.

Чистая культура- популяция одного вида микроорганизмов.

Ключевые принципы получения чистых культур: механическое разобщение, рассев, серийные разведения, применение элективных сред, особенных условий культивирования (с учетом устойчивости некоторых микробов к определенным температурам, кислотам, щелочам, парциальному давлению кислорода, рН и мн.др).

Базы микробиологии. Кратко и светло. 3 курс.

Похожие статьи:

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

Adblock
detector