Помощь по Теле2, тарифы, вопросы

Рост и размножение

Термин «рост» означает увеличение цитоплазматической массы отдельной клетки или группы бактерий в результате синтеза клеточного материала (например, белка, РНК, ДНК). Достигнув определенных размеров, клетка прекращает рост и начинает размножаться.

Под размножением микробов подразумевают способность их к самовоспроизведению, увеличению количества особей на единицу объема. Иначе можно сказать: размножение - это повышение числа особей микробной популяции.

Бактерии размножаются преимущественно простым поперечным делением (вегетативное размножение), которое происходит в раз­личных плоскостях, с образованием многообразных сочетаний клеток (кисть винограда - стафилококки, цепочки - стрептокок­ки, соединения по парам - диплококки, тюки, пакеты - сарцины и др.). Процесс деления состоит из ряда последовательных этапов. Первый этап начинается формированием в средней части клетки поперечной перегородки (рис. 6), состоящей вначале из цитоплаз­матической мембраны, которая делит цитоплазму материнской клетки на две дочерние. Параллельно с этим синтезируется клеточная стенка, образующая полноценную перегородку между двумя дочерними. В процессе деления бактерий важным условием является репликация (удвоение) ДНК, которая осуществляется ферментами ДНК-полимеразами. При удвоении ДНК происходит разрыв водородных связей и образование двух спиралей ДНК, каждая из которых находится в дочерних клетках. Далее дочерние односпиральные ДНК восстанавливают водородные связи и вновь образуют двуспиральные ДНК.

Репликация ДНК и деление клеток происходит с определенной скоростью, присущей каждому виду микроба, что зависит от возраста культуры и характера питательной среды. Например, скорость роста кишечной палочки колеблется от 16 до 20 мин; у микобактерий туберкулеза деление наступает лишь через 18-20 ч; для клетки культуры тканей млекопитающих требуются сутки. Следовательно, бактерии большинства видов размножаются почти II 100 раз быстрее, чем клетки культуры тканей.

Процесс размножения культуры микробов на несменяемой среде протекает не­равномерно. В нем определяют четыре основные фазы.

1. Начальная фаза (лаг-фаза), или фаза покоя. В это время культура приспосабливается к питательной среде. В микробной клетке увеличивается содержание РНК ис ее помощью происходит синтез необходимых фермен­тов.

2. Экспоненциальная (логарифмическая) фаза ха­рактеризуется максимальным увеличением клеток в культуре, оно идет в геометрической прогрессии (1, 2,4, 8, 16, 256 и т. д.). В это время в среде большинство молодых и биологически активных клеток. В конце фа­зы, когда среда истощается, исчезают необходимые для данного микроба вещества, уменьшается количество кис­лорода, происходит увеличение продуктов обмена - рост культуры замедляется. Кривая постепенно принимает горизонтальное направление.

3. Стационарная фаза, или период зрелости, гра­фически представляет линию, идущую параллельно оси абсцисс. Наступает равновесие между числом вновь об­разованных и погибших клеток. Уменьшается количе­ство среды, увеличивается плотность клеток в попу­ляции, усиливается токсическое действие продуктов об­мена - все это обусловливает гибель клеток.

4. Фаза отмирания. В этой фазе наблюдается не только уменьшение, но и изменение клеток. Появляют­ся деградированные формы, а также споры. Через не­сколько недель или месяцев культура погибает. Так происходит потому, что ядовитые продукты жизнедея­тельности не только тормозят, но и убивают микробные клетки.

Таким образом, благодаря процессам метаболизма, поддерживается жизнедеятельность микробной клетки. Для дыхания аэробом необходим кислород, анаэробы используют нитратное, сульфатное дыхание и брожение. Микроорганизмы усваивают органические и неорганические вещества из внешней среды, окисляя которые получают необходимую энергию и пластические элементы. В результате происходит рост клетки. Достигнув необходимой стадии зрелости происходит размножение клетки простым делением. В процессе своей жизнедеятельности микроорганизмы постепенно расходуют питательные вещества, выделяя в окружающую среду свои метаболиты, изменяя тем самым состав среды и делая ее непригодной для жизни.

Размножение бактерий путем деления — самый распространенный метод увеличения численности микробной популяции. После деления происходит рост бактерий до исходного размера, для чего необходимы определенные вещества (факторы роста).

Способы размножения бактерий различны, но для большинства их видов присуща форма бесполового размножения способом деления. Способом почкования бактерии размножаются исключительно редко. Половое размножение бактерий присутствует в примитивной форме.

Рис. 1. На фото бактериальная клетка в стадии деления.

Генетический аппарат бактерий

Генетический аппарат бактерий представлен единственной ДНК — хромосомой. ДНК замкнута в кольцо. Хромосома локализована в нуклеотиде, не имеющем мембраны. В бактериальной клетке имеются плазмиды.

Нуклеоид

Нуклеоид является аналогом ядра. Он расположен в центре клетки. В нем локализована ДНК — носитель наследственной информации в свернутом виде. Раскрученная ДНК достигает в длину 1 мм. Ядерное вещество бактериальной клетки не имеет мембраны, ядрышка и набора хромосом, не делится митозом. Перед делением нуклеотид удваивается. Во время деления число нуклеотидов увеличивается до 4-х.

Рис. 2. На фото бактериальная клетка на срезе. В центральной части виден нуклеотид.

Плазмиды

Плазмиды представляют собой автономные молекулы свернутые в кольцо двунитевой ДНК. Их масса значительно меньше массы нуклеотида. Несмотря на то, что в ДНК плазмид закодирована наследственная информация, они не являются жизненно важными и необходимыми для бактериальной клетки.

Рис. 3. На фото бактериальная плазмида.

Этапы деления

После достижения определенных размеров, присущих взрослой клетке, запускаются механизмы деления.

Репликация ДНК

Репликация ДНК предшествует клеточному делению. Мезосомы (складки цитоплазматической мембраны) удерживают ДНК до тех пор, пока процесс деления (репликации) не завершится.

Репликация ДНК осуществляется с помощью ферментов ДНК-полимеразами. При репликации водородные связи в 2-х спиральной ДНК разрываются, в результате чего из одной ДНК образуются две дочерние односпиральные. В последующем, когда дочерние ДНК заняли свое место в разделенных дочерних клетках, происходит их восстановление.

Как только репликация ДНК завершилась, в результате синтеза появляется перетяжка, разделяющая клетку пополам. Вначале делению подвергается нуклеотид, затем цитоплазма. Синтез клеточной стенки завершает деление.

Рис. 4. Схема деления бактериальной клетки.

Обмен участками ДНК

У сенной палочки процесс репликации ДНК завершается обменом участками 2-х ДНК.

После деления клетки образуется перемычка, по которой ДНК одной клетки переходит в другую. Далее обе ДНК сплетаются. Некоторые отрезки обоих ДНК слипаются. В местах слипания происходит обмен отрезками ДНК. Одна из ДНК по перемычке уходит обратно в первую клетку.

Рис. 5. Вариант обмена ДНК у сенной палочки.

Типы делений бактериальных клеток

Если клеточное деление опережает процесс разделения, то образуются многоклеточные палочки и кокки.

При синхронном клеточном делении образуются две полноценные дочерние клетки.

Если нуклеотид делится быстрее самой клетки, то образуются многонуклеотидные бактерии.

Способы разделения бактерий

Деление с помощью разламывания

Деление с помощью разламывания характерно для сибиреязвенных бацилл. В результате такого деления клетки переламываются в местах сочленения, разрывая цитоплазматические мостики. Далее отталкиваются друг от друга, образуя цепочки.

Скользящее разделение

При скользящем разделении после деления клетка обосабливается и как бы скользит по поверхности другой клетки. Данный способ разделения характерен для некоторых форм эшерихий.

Секущееся разделение

При секущемся разделении одна из разделившихся клеток свободным концом описывает дугу круга, центром которого является точка ее контакта с другой клеткой, образуя римскую пятерку или клинопись (коринебактерии дифтерии, листерии).

Рис. 6. На фото бактерии палочковидной формы, образующие цепочки (сибиреязвенные палочки).

Рис. 7. На фото скользящий способ разделения кишечных палочек.

Рис. 8. Секущийся способ разделения коринебактерий.

Вид скоплений бактерий после деления

Скопления делящихся клеток имеют разнообразную форму, которая зависит от направления плоскости деления.

Шаровидные бактерии располагаются по одному, по двое (диплококки), пакетами, цепочками или как гроздья винограда. Палочковидные бактерии — цепочками.

Спиралевидные бактерии — хаотично.

Рис. 9. На фото микрококки. Они круглые, гладкие, имеют белую, желтую и красную окраску. В природе микрококки распространены повсеместно. Живут в разных полостях человеческого организма.

Рис. 10. На фото бактерии диплококки — Streptococcus pneumoniae.

Рис. 11. На фото бактерии сарцины. Кокковидные бактерии соединяются в пакеты.

Рис. 12. На фото бактерии стрептококки (от греческого «стрептос» — цепочка). Располагаются цепочками. Являются возбудителями целого ряда заболеваний.

Рис. 13. На фото бактерии «золотистые» стафилококки. Располагаются, как «гроздья винограда». Скопления имеют золотистую окраску. Являются возбудителями целого ряда заболеваний.

Рис. 14. На фото извитые бактерии лептоспиры — возбудители многих заболеваний.

Рис. 15. На фото палочковидные бактерии рода Vibrio.

Скорость деления бактерий

Скорость деления бактерий крайне высока. В среднем одна бактериальная клетка делится каждые 20 минут. В течение только одних суток одна клетка образует 72 поколения потомства. Микобактерии туберкулеза делятся медленно. Весь процесс деления занимает у них около 14 часов.

Рис. 16. На фото отображен процесс деления клетки стрептококка.

Половое размножение бактерий

В 1946 году учеными было обнаружено половое размножение в примитивной форме. При этом гаметы (мужские и женские половые клетки) не образуются, однако некоторые клетки обмениваются генетическим материалом (генетическая рекомбинация ).

Передача генов осуществляется в результате конъюгации — однонаправленного переноса части генетической информации в виде плазмид при контакте бактериальных клеток.

Плазмиды представляют собой молекулы ДНК небольшого размера. Они не связаны с геномом хромосом и способны удваиваться автономно. В плазмидах содержаться гены, которые повышают устойчивость бактериальных клеток к неблагоприятным условиям внешней среды. Бактерии часто передают эти гены друг другу. Отмечается так же передача генной информации бактериям другого вида.

При отсутствии истинного полового процесса именно конъюгация играет огромную роль при обмене полезными признаками. Так передается способность бактерий проявлять лекарственную устойчивость. Для человечества особо опасным является передача устойчивости к антибиотикам между болезнетворными популяциями.

Рис. 17. На фото момент конъюгации двух кишечных палочек.

Фазы развития бактериальной популяции

При посевах на питательную среду развитие бактериальной популяции проходит несколько фаз.

Исходная фаза

Исходная фаза — это период от момента посева до их роста. В среднем исходная фаза длится 1 — 2 часа.

Фаза задержки размножения

Это фаза интенсивного роста бактерий. Ее длительность составляет около 2-х часов. Она зависит от возраста культуры, периода приспособления, качества питательной среды и др.

Логарифмическая фаза

В эту фазу отмечается пик скорости размножения и увеличения бактериальной популяции. Ее длительность составляет 5 — 6 часов.

Фаза отрицательного ускорения

В эту фазу отмечается спад скорости размножения, уменьшается количество делящихся и увеличивается число погибших бактерий. Причина отрицательного ускорения — истощение питательной среды. Ее длительность составляет около 2-х часов.

Стационарная фаза максимума

В стационарную фазу отмечается равное количество погибших и вновь образованных особей. Ее длительность составляет около 2-х часов.

Фаза ускорения гибели

В эту фазу прогрессивно нарастает количество погибших клеток. Ее длительность составляет около 3-х часов.

Фаза логарифмической гибели

В эту фазу клетки бактерий отмирают с постоянной скоростью. Ее длительность составляет около 5-и часов.

Фаза уменьшения скорости отмирания

В эту фазу оставшиеся живыми клетки бактерий переходят в состояние покоя.

Рис. 18. На рисунке отображена кривая роста бактериальной популяции.

Рис. 19. На фото колонии синегнойной палочки сине-зеленого цвета, колонии микрококков желтого цвета, колонии Bacterium prodigiosum кроваво-красного цвета и колонии Bacteroides niger черного цвета.

Рис. 20. На фото колонии бактерий. Каждая колония — потомство одной-единственной клетки. В колонии число клеток исчисляется миллионами. вырастает колония за 1 — 3 суток.

Деление магниточувствительных бактерий

В 1970-х годах были открыты бактерии, обитающие в морях, которые обладали чувством магнетизма. Магнетизм позволяет этим удивительным существам ориентироваться по линиям магнитного поля Земли и находить серу, кислород и другие, так необходимые ей вещества. Их «компас» представлен магнитосомами, которые состоят из магнита. При делении магниточувствительные бактерии делят свой компас. При этом перетяжки при делении становится явно недостаточно, поэтому бактериальная клетка сгибается и делает резкий перелом.

Рис. 21. На фото момент деления магниточувствительной бактерии.

Рост бактерий

Вначале деления бактериальной клетки две молекулы ДНК расходятся в разные концы клетки. Далее клетка делится на две равноценные части, которые отделяются друг от друга и увеличиваются до исходного размера. Скорость деления многих бактерий составляет в среднем 20 — 30 минут. В течение только одних суток одна клетка образует 72 поколения потомства.

Масса клеток в процессе роста и развития быстро поглощает питательные вещества из окружающей среды. Этому способствуют благоприятные факторы внешней среды — температурный режим, достаточное количество питательных веществ, необходимая pH среды. Для клеток аэробов необходим кислород. Для анаэробов он представляет опасность. Однако безграничное размножение бактерий в природе не происходит. Солнечный свет, сухой воздух, недостаток пищи, высокая температура окружающей среды и другие факторы губительно действуют на бактериальную клетку.

Рис. 22. На фото момент деления клетки.

Факторы роста

Для роста бактерий необходимы определенные вещества (факторы роста), часть из которых синтезируется самой клеткой, часть поступает из окружающей среды. Потребность в факторах роста у всех бактерий разная.

Потребность в факторах роста является постоянным признаком, что позволяет использовать его для идентификации бактерий, подготовке питательных сред и использовать в биотехнологии.

Факторы роста бактерий (бактериальные витамины) — химические элементы, большинством из которых являются водорастворимые витамины группы В. В эту группу входят так же гемин, холин, пуриновые и пиримидиновые основания и другие аминокислоты. При отсутствии факторов роста наступает бактериостаз.

Бактерии используют факторы роста в минимальных количествах и в неизменном виде. Ряд химических веществ этой группы входят в состав клеточных ферментов.

Рис. 23. На фото момент деления палочковидной бактерии.

Важнейшие бактериальные факторы роста

• Витамин В1 (тиамин) . Принимает участие в углеводном обмене.
• Витамин В2» (рибофлавин) . Принимает участие в окислительно-восстановительных реакциях.
• Пантотеновая кислота является составной частью кофермента А.
• Витамин В6 (пиридоксин) . Принимает участие в обмене аминокислот.
• Витамины В12 (кобаламины — вещества, содержащие кобальт). Принимают активное участие в синтезе нуклеотидов.
• Фолиевая кислота . Некоторые ее производные входят в состав ферментов, катализирующих процессы синтеза пуриновых и пиримидиновых оснований, а также некоторых аминокислот.
• Биотин . Участвует в азотистом обмене, а также катализирует синтез ненасыщенных жирных кислот.
• Витамин РР (никотиновая кислота). Участвует в окислительно-восстановительных реакциях, образовании ферментов и обмене липидов и углеводов.
• Витамин Н (парааминобензойная кислота). Является фактором роста многих бактерий, в том числе населяющих кишечник человека. Из парааминобензойной кислоты синтезируется фолиевая кислота.
• Гемин . Является составной частью некоторых ферментов, которые принимают участие в реакциях окислениях.
• Холин . Принимает участие в реакциях синтеза липидов клеточной стенки. Является поставщиком метильной группы при синтезе аминокислот.
• Пуриновые и пиримидиновые основания (аденин, гуанин, ксантин, гипоксантин, цитозин, тимин и урацил). Вещества необходимы главным образом в качестве компонентов нуклеиновых кислот.
• Аминокислоты . Эти вещества являются составляющими белков клетки.

Потребность в факторах роста некоторых бактерий

Ауксотрофы для обеспечения жизнедеятельности нуждаются в поступлении химических веществ из вне. Например, клостридии не способны синтезировать лецитин и тирозин. Стафилококки нуждаются в поступлении лецитина и аргинина. Стрептококки нуждаются в поступлении жирных кислот — компонентов фосфолипидов. Коринебактерии и шигеллы нуждаются в поступлении никотиновой кислоты. Золотистые стафилококки, пневмококки и бруцеллы нуждаются в поступлении витамина В1. Стрептококки и бациллы столбняка — в пантотеновой кислоте.

Прототрофы самостоятельно синтезируют необходимые вещества.

Рис. 24. Разные условия окружающей среды по-разному влияют на рост колоний бактерий. Слева — стабильный рост в виде медленно расширяющегося круга. Справа — быстрый рост в виде «побегов».

Изучение потребности бактерий в факторах роста позволяет ученым получать большую микробную массу, так необходимую при изготовлении антимикробных препаратов, сывороток и вакцин.

Подробно о бактерияx читай в статьях:

Размножение бактерий является механизмом повышения числа микробной популяции. Деление бактерий — основной способ размножения. После деления бактерии должны достигнуть размеров взрослых особей. Рост бактерий происходит путем быстрого поглощения питательных веществ их окружающей среды. Для роста необходимы определенные вещества (факторы роста), часть из которых синтезирует сама бактериальная клетка, часть поступает из окружающей среды.

Изучая рост и размножение бактерий, ученые постоянно открывают полезные свойства микроорганизмов, использование которых в повседневной жизни и на производстве ограничивается только их свойствами.

Жизнедеятельность бактерий характеризуется ростом - фор­мированием структурно-функциональных компонентов клетки и увеличением самой бактериальной клетки, а также размноже­нием - самовоспроизведением, приводящим к увеличению ко­личества бактериальных клеток в популяции.

Бактерии размножаются путем бинарного деления пополам, реже путем почкования. Актиномицеты, как и грибы, могут раз­множаться спорами. Актиномицеты, являясь ветвящимися бактериями, размножаются путем фрагментации нитевидных клеток. Грамположительные бактерии делятся путем врастания синтези­рующихся перегородок деления внутрь клетки, а грамотрицательные - путем перетяжки, в результате образования гантелевид-ных фигур, из которых образуются две одинаковые клетки.

Делению клеток предшествует репликация бактериальной хро­мосомы по полуконсервативному типу (двуспиральная цепь ДНК раскрывается и каждая нить достраивается комплементарной ни­тью), приводящая к удвоению молекул ДНК бактериального ядра - нуклеоида.

Репликация ДНК происходит в три этапа: инициация, элон­гация, или рост цепи, и терминация.

Размножение бактерий в жидкой питательной среде. Бактерии, засеянные в определенный, не изменяющийся объем питатель­ной среды, размножаясь, потребляют питательные элементы, что приводит в дальнейшем к истощению питательной среды и пре­кращению роста бактерий. Культивирование бактерий в такой си­стеме называют периодическим культивированием, а культуру - периодической. Если же условия культивирования поддерживаются путем непрерывной подачи свежей питательной среды и оттока такого же объема культуральной жидкости, то такое культивиро­вание называется непрерывным, а культура - непрерывной.

При выращивании бактерий на жидкой питательной среде наблюдается придонный, диффузный или поверхностный (в виде пленки) рост культуры. Рост периодической культуры бактерий, выращиваемых на жидкой питательной среде, подразделяют на несколько фаз, или периодов :

1. лаг-фаза;

2. фаза логарифмического роста;

3. фаза стационарного роста, или максимальной концентрации

бактерий;

4. фаза гибели бактерий.

Эти фазы можно изобразить графически в виде отрезков кри­вой размножения бактерий, отражающей зависимость логариф­ма числа живых клеток от времени их культивирования.

Лаг-фаза - период между по­севом бактерий и началом размножения. Продолжительность лаг-фазы в среднем 4-5 ч. Бактерии при этом увеличиваются в раз­мерах и готовятся к делению; нарастает количество нуклеино­вых кислот, белка и других компонентов.

Фаза логарифмического (экспоненциального) роста является периодом ин­тенсивного деления бактерий. Продолжительность ее около 5- 6 ч. При оптимальных условиях роста бактерии могут делиться каждые 20-40 мин. Во время этой фазы бактерии наиболее ра­нимы, что объясняется высокой чувствительностью компонен­тов метаболизма интенсивно растущей клетки к ингибиторам синтеза белка, нуклеиновых кислот и др.

Затем наступает фаза стационарного роста , при которой количество жиз­неспособных клеток остается без изменений, составляя макси­мальный уровень (М-концентрация). Ее продолжительность вы­ражается в часах и колеблется в зависимости от вида бактерий, их особенностей и культивирования.

Завершает процесс роста бактерий фаза гибели , характеризующаяся отмиранием бак­терий в условиях истощения источников питательной среды и накопления в ней продуктов метаболизма бактерий. Продолжи­тельность ее колеблется от 10 ч до нескольких недель. Интен­сивность роста и размножения бактерий зависит от многих фак­торов, в том числе оптимального состава питательной среды, окислительно-восстановительного потенциала, рН, температуры и др.

Размножение бактерий на плотной питательной среде. Бактерии, растущие на плотных питательных средах, образуют изолирован­ные колонии округлой формы с ровными или неровными кра­ями (S- и R-формы), различной консистенции и цве­та, зависящего от пигмента бактерий.

Пигменты, растворимые в воде, диффундируют в питатель­ную среду и окрашивают её. Дру­гая группа пигментов нерастворима в воде, но растворима в орга­нических растворителях. И, нако­нец, существуют пигменты, не растворимые ни в воде, ни в органических соединениях.

Наиболее распространены среди микроорганизмов такие пиг­менты, как каротины, ксантофиллы и меланины. Меланины яв­ляются нерастворимыми пигментами черного, коричневого или красного цвета, синтезирующимися из фенольных соединений. Меланины наряду с каталазой, супероксидцисмутазой и пероксидазами защищают микроорганизмы от воздействия токсичных перекисных радикалов кислорода. Многие пигменты обладают ан­тимикробным, антибиотикоподобным действием.

Кривая роста характеризует рост и размножение бактерий в определенных условиях среды. Кривую роста получают при изучении периодической культуры.

Периодическая культура это популяция микроорганизмов которая развивается в ограниченном объеме среды без поступления питательны веществ.

1 фаза - начальная - бактерии растут но не размножаются

2 фаза - фаза lg роста - бактерии интенсивно размножаются

3 фаза - стационарная - размножение - равно смертности

4 фаза - отмирания - накапливаются продукты метаболизмы, истощается питательная среда, бактерии погибают.

Внешние факторы могут оказывать

• Бактериостатическое действие - подавлять размножение и рост бактерий
• Бактерицидное действие - вызывать гибель бактерий

Ферменты бактерий

- Энзимы - специфические белки, которые катализируют химические реакции. Ферменты, вызывают перераспределение электронных плотностей и некоторую деформацию молекулы субстрата. Это приводит к ослаблению внутримолекулярных связей, снижается энергия активации и ускоряется реакция.

Классификация ферментов -

1. По типу катализируемой реакции - оксиредуктазы, лиазы, трасферазы, гидролазы и тд.
2. По локализации - эндоферменты - катализируют реакции внутри клетки. Экзоферменты - выделяются из бактериальной клетки, катализируют расщепление
3. Генетический контроль образования - конститутивные(в течении всего жизненного цикла, не влияет наличие субстрата), индуцибильные - они образуются в ответ на наличие субстрата
4. По субстрату - протеолитические - расщепляют белки, сахаролитические - расщепляют углеводы, липолитические - расщепляющие жиры.

Значение ферментов.

1. Синтез ферментов детерминирован, поэтому определение ферментативных свойств служит для идентификации организмов

2. Ферменты бактерии определяют их болезнетворность

3. Ферментативные свойства используются в микробиологической промышленности

Определение бактериальных ферментов

Протеазы расщепляют белки до аминокислот, мочевины, индола, сероводорода, аммиака. На средах с белком по выделению этих продуктов выявляют протеазы. Используют желатин, разжижение среды. На свернутой сыворотке по ее разжижению и на молоке по его просветлению. Казеин - будет разрушаться, белок свертываться. На МПБ по выделению газа индола и сероводорода, которые выявляют с помощью индикаторных бумажек

Определение ферментов, расщепляющих углеводы - сахаролитические. Эти ферменты расщепляют углеводы до альдегидов, кислот, углекислого газа, и H2. Для их определения используют МПБ или МПА, добавляют индикатор кислотообрзазованияи + углевод + поплавок для газообразования. ПО такому принципу создают среды Гиса и Пестреля. Если свет среды меняется, выделяется газ, значит идет расщепление углеводов. Используют моносахара. На этом принципе создаются панели, планшеты, бумажные индикаторные системы, СИБ - системы индикаторных бумажек, энетротуба и приборы для учета ферментативной активности.(образуется угольная кислота => нужны индикаторы с Ph)

Липолитические ферменты - липазы - выявляют на ЖСА - желточно солевой агар, который содержит желток, в котором много липидов и разрушение липидов сопровождается просветлением среды

Культивирование микроорганизмов.

Это получение большого числа бактерий на питательной среде. Цели культивирования. Культивирования проводят для

1. Изучение микробиологических свойств

2. Для диагностики инфекций

3. Для получения биопрепарата - из бактерий или полученные с помощью бактерий.

Такими препаратами могут быть лечебными, диагностическими, профилактические. Условия культивирования бактерии -

1. Наличие полноценной питательной среды.
2. Оптимальная температура
3. Атмосфера культивирования - либо кислород, либо его отсутствие.
4. Время культивирования - видимый рост через 18-48 часов, но некоторые - туберкулез например - 3-4- недели
5. Освещенность Некоторые будут расти только в присутствии света.

Способы культивирования аэробов

1. Стационарный - на поверхности агара
2. Метод глубинно культивирования с аэрацией среды. Аэрацию проводят для растворения кислорода в среде.
3. Непрерывное культивирование - используют проточные питательные среды.

Культуральные свойства микроорганизмов. Это особенности роста бактерий на питательных средах.

На жидких питательных средах бактерий вызывают помутнение среды, могут образовывать осадок - придонный, пристеночный и могут образовывать пленку на поверхности среды. НА плотных питательных средах образуются колонии.

Колония - изолированное скопление микроорганизмов одного вида на плотной питательной среде. Имеет определенную величину, поверхность, край, форму, консистенцию, структуру, цвет.

Типы колоний

S-гладкие - круглая форма, ровные края, гладкая поверхность.

R-колонии - шероховатые, неровные края, исчерченная поверхность

SR колонии 0 промежуточные - слегка неровные края и поверхность.

Особенности культивирования анаэробов. Для культивирования анаэробов создаются безкислородные условия. Это достигается

1. Регенерацией питательной среды - питательная среда кипятится и растворенный кислород выходит из среды.
2. использование специальных приборов - анаэростаты и эксикаторы. В них кислород поглощается либо химическими поглотителями, либо откачивается от прибора.
3. Добавление в среду редуцирующих веществ - веществ, которые легко и быстро окисляются - углеводы, цистеин, кусочки паренхиматозных органов, аскорбиновая кислота. НА этом принципе создана среда для анаэробов - Кит-Тароцци - среда для анаэробов. Она содержит МПБ, углевод и кусочки печени, которые содержат цистеин.
4. Специальные методы посева. Посев под масло, посев в трубке Вейон- Веньяна, посев по Фортнеру. На чашку заселяют Аэробы и анаэробы - Аэробы поглощают кислород и получается анаэробная среда.

Выделение чистых культур.

Чистая культура - популяция микроорганизмов одного вида, выделенная на жидкой или плотной питательной среде в большом количестве.

Цели выделения.

1. Диагностика инфекций. Выделение чистых культур - основа бактериологического метода. Основан на выделение чистой культуры и ее идентификации. Идентификация - определение вида.
2. Получение биопрепаратов
3. Изучение биологических свойств бактерий
4. Санитарно-гигиеническое исследование

Этапы выделения чистой культуры аэробов.

1. Изучение смеси - мазок окраска по Грамму.
2. Разобщение смеси и получение колоний. Разобщение проводят 1) По Дригальскому - штрихами по поверхности агара. Петлей берут материал и засевают по агару. Посев Шпателя на несколько Чашек. 2)Метод серийных разведений. 3) Коха - метод серийных разведений в расплавленном агаре.
3. Проверка частоты колоний, мазок, окраска по грамму
4. Пересев материала из колоний на скошенный агар для накопления чистой культуры. Выделенная чистая культура идентифицируется по свойствам - морфологическим, тинкториальным, культуральным, ферментативным, и другим.

Выделение чистой культуры анаэробов

1. Накопление анаэробов. Смесь засевают на среду Киттароци и прогревают при температуре 80 градусов 10 минут. Анаэробы, образующие споры сохраняются, а другие - вегетативные формы погибают. Затем питательная среда культивируется, споры прорастают, и накапливаются

2. Получение колоний по Цейслеру колонию анаэробов получают на поверхности агара в Анаэростате, по Вейнбергу, колонии получают в трубках Вейон-Виньяля.

3. Проверка частоты колоний - мазок, окраска по Грамму

4. Пересев Колоний на среду Киттароци, накопление анаэробом, чистой культуры.

5. Идентификация, определение вида анаэроба.

Другие способы выделения чистых культур.

1. Можно использовать оптимальные температуры
2. Выделение спор при прогревании смеси 10 минут при 80 градусах
3. Использование феномена роения - распространение за территорию посева.
4. Метод Шукевича - выделение чистой культуры микроорганизмов, обладающих ползучим ростом.
5. Фильтруемость бактерий - способность проходить через фильтры с определенной величиной спор. Обработка смеси ультрафиолетовыми лучами, ультразвуком, антисыворотками, получение чистой культуры, устойчивых к этим факторам микроорганизмов.
6. При электрофорезе смеси. У анода или катода будут скапливать организмы с определенным зарядом.
7. Использовать микроманипулятор. Под микроскопом взять клетку и получить чистую культуры - клон - потомство одной микробной клетки. Использование элективных питательных сред.
8. В питательные среды добавляют желчь, соли тиурита, натрийхлор, антибиотики, и выделяют чистую культуру устойчивых микроорганизмов.
9. Можно использовать дифференциально-диагностические среды.
10. Можно использовать биологический метод. Внутрибрюшинно заражают смесью бактерий белых мышей и за счет тропизма, бактерии накапливаются в определенном органе.

Пигменты бактерий.

Это красящие вещества, выделяемые бактериальной клеткой, их синтез генетически детерминирован. По химической структуре пигменты могут быть каратиноидами - красно-желтые, пирролы - зеленые, фенозиновые красители - сине-зеленые и меланиновые - черные ферменты.

Желтые - золотистый стафилакок, сине-зеленый - синегнойная палочка

Пигменты делятся на

1. Нерастворимые пигменты - окрашивают только колонии
2. Растворимые пигменты - могут быть растворимы в спиртах, воде

Пигменты образуются как правило у бактерий, которые находятся в воздушной микрофлоры, у антибиотико-резистентыных микроорганизмов, т.к. они вторичные метаболиты и пигменты часто образуются на свету.

Функция пигментов

1. Пигменты участвуют в обмене веществ
2. Повышают резистентность к антибиотикам
3. Повышают устойчивость к УФ лучам за счет того, что защищают области чувствительные к фотоокислению

L -формы бактерий .

Открыты в 1935г. Это микроорганизмы, лишенные клеточной стенки, но сохранившие способность расти и размножаться. L формы образуются у большинства гетеротрофов и грибов. Факторы, индуцирующие L трансформацию -

1. Антибиотики

2. Аминокислоты - глицин, метионин, лейцин и некоторые другие.

3. Ферменты - лизоцим.

4. Факторы макрорганизма - макротела, комплимент

Эти факторы либо разрушают клеточную стенку, либо действовать на геном клетки и синтез компонентов клеточной стенки не происходит.

Свойства L форм.

1. L формы обеспечивают выживание бактерий при изменении условий среды.
2. Морфологически сходны у отдельных видов бактерий. Они полиморфны - шаровидные, грамотрицательные. Они образуют колонии типа А - мелкие колонии на поверхности среды и колонии типа Б - темный центр, и приподнятые края, колонии врастают в питательную среду.
3. Анаэробы или микроаэрофилы
4. L-формы имеют много способов размножения - бинарное деление, почкование, фрагментация, комбинированное.
5. Они обладают сниженной вирулентностью, у них нет адгезии и у них измененные антигенные свойства.
6. Они способны реверсировать - возвращаться в исходную бактериальную форму

И вызывать трудно поддающиеся лечению инфекции.

Это обусловлено тем, что L - формы, устойчивы к антибиотикам и они устойчивы к защитным факторам макроорганизма, к антителам, фагоцитозу, комплименту.

Некультивируемые формы бактерий НФБ

Это бактерии, которые имеют метаболическую активность, но не растут на питательных средах, переход в некультивируемую форму может наблюдаться у многих микроорганизмов, при воздействии неблагоприятных условий. Этот переход контролируется генетически. Переход осуществляется под действием факторов

1. Температура, особенно низкая
2. Концентрация солей
3. Аэрация среды
4. Количество питательных веществ

Значение некультивированных форм. В такой форме они сохраняются в о внешней среде между эпидемиями и при попадании в макроорганизм могут рекультивроваться - оживляться - это объясняет наличие природно очаговых заболеваний.

Выявление -

1. Прямой подсчет числа клеток

2. Выявление активности ДНК

3. Генетические методы исследования.

Понятия роста и размножения бактерий

Для микробиологической диагностики, изучения микроорганизмов и в биотехнологических целях микроорганизмы культивируют на искусственных питательных средах.

Под ростом бактерий понимают увеличение массы клеток без изменения их числа в популяции как результат скоординирован­ного воспроизведения всех клеточных компонентов и структур. Увеличение числа клеток в популяции микроорганизмов обозна­чают термином «размножение». Оно характеризуется временем генерации (интервал времени, за который число клеток удваи­вается) и таким понятием, как концентрация бактерий (число клеток в 1 мл).

В отличие от митотического цикла деления у эукариотов раз­множение большинства прокариотов (бактерий) идет путем бинарного деления, а актиномицетов - почкованием. При этом все прокариоты существуют в гаплоидном состоянии, поскольку молекула ДНК представлена в клетке в единствен­ном числе.

Бактериальная популяция

При изучении процесса размножения бактерий необходимо учитывать, что бактерии всегда существуют в виде более или менее многочисленных популяций, и развитие бактериальной по­пуляции в жидкой питательной среде в периодической культуре можно рассматривать как замкнутую систему. В этом процессе выделяют 4 фазы:

• 1-я - начальная, или лаг-фаза, или фаза задержки размноже­ния, - характеризуется началом интенсивного роста клеток, но скорость их деления остается невысокой;
• 2-я - логарифмическая, или лог-фаза, или экспоненциальная фа­за, - характеризуется постоянной максимальной скоростью деле­ния клеток и значительным увеличением числа клеток в популяции;
• 3-я - стационарная фаза - наступает тогда, когда число клеток в популяции перестает увеличиваться. Это связано с тем, что наступает равновесие между числом вновь образующихся и гибнущих клеток. Число живых бактериальных клеток в попу­ляции на единицу объема питательной среды в стационарной фазе обозначается как М-концентрация. Этот показатель явля­ется характерным признаком для каждого вида бактерий;
• 4-я - фаза отмирания (логарифмической гибели) - характери­зуется преобладанием в популяции числа погибших клеток и про­грессивным снижением числа жизнеспособных клеток популяции. Прекращение роста численности (размножения) популяции микроорганизмов наступает в связи с истощением питательной среды и/или накоплением в ней продуктов метаболизма мик­робных клеток. Поэтому, удаляя продукты метаболизма и/или заменяя питательную среду, регулируя переход микробной по­пуляции из стационарной фазы в фазу отмирания, можно соз­дать открытую биологическую систему, стремящуюся к устра­нению динамического равновесия на определенном уровне развития популяции.

Такой процесс выращивания микроорганизмов называется проточным культивированием (непрерывная культура). Рост в непрерывной культуре позволяет получать большие массы бактерий при проточном культивировании в специаль­ных устройствах (хемостатах и турбидистатах) и используется при производстве вакцин, а также в биотехнологии для полу­чения различных биологически активных веществ, продуци­руемых микроорганизмами.

Для изучения метаболических процессов на протяжении цикла клеточного деления возможно также использование синхронных культур - таких культур бактерий, все члены популяции кото­рых находятся в одной фазе цикла. Это достигается с помощью специальных методов культивирования.

Однако через несколько одновременных делений синхронизи­рованная клеточная суспензия постепенно снова переходит к асинхронному делению, так что число клеток увеличивается в дальнейшем уже не ступенчато, а непрерывно.

Колонии

При культивировании на плотных питательных средах бакте­рии образуют колонии - видимое невооруженным глазом скопле­ние бактерий одного вида, являющееся чаще всего потомством одной клетки.

Колонии бактерий разных видов отличаются:

• формой;
• величиной;
• прозрачностью;
• цветом;
• высотой;
• характером поверхности и краев;
• консистенцией.

Характер колоний - один из таксономических признаков бактерий.