Bakterijos – geros, blogos, amžinos. Bakterijų naudojimas pramonėje

Straipsnis konkursui „bio/mol/text“: Ar yra vaistų, kurie nesukelia šalutinio poveikio ir komplikacijų, yra labai veiksmingi ir saugūs? Arčiausiai šių idealių savybių atsirado probiotikų preparatai(iš gyvų mikroorganizmų – žmogaus simbiontų) ir bakteriofagai(bakteriniai virusai). Patekę į žmogaus organizmą, jie stoja į kovą dėl egzistavimo su infekcinių ligų sukėlėjais arba, bakteriofagų atveju, suardo juos iš vidaus kaip partizanai. Skirtingo specifiškumo probiotikai ir fagai veikia patogenines bakterijas, visi procesai vystosi tam tikros žmogaus kūno srities mikrobiocenozėje ir yra skirti išsaugoti buveinę, kitaip tariant, palaikyti homeostazę. Probiotikai ir fagai dažniausiai naudojami atskirai, tačiau jų derinys gali būti perspektyvus.

Pastaba!

Nominacijos „Geriausias straipsnis apie senėjimo ir ilgaamžiškumo mechanizmus“ rėmėjas – fondas „Science for Life Extension Foundation“. Žiūrovų apdovanojimą rėmė „Helicon“.

Konkurso rėmėjai: Biotechnologijų tyrimų laboratorija 3D Bioprinting Solutions and Scientific Graphics, Animacijos ir modeliavimo studija Visual Science.

Pleištas išmušamas pleištu.

Liaudies išmintis

Biotechnologija – medicina

Šiuolaikinėje medicinos praktikoje naudojama daugybė vaistų, gautų dėl gyvybinės mikroorganizmų veiklos. Tai vitaminai, fermentai, genetiškai modifikuoti hormonai ir interferonai, kraujo pakaitalai ir, žinoma, antibiotikai. Tiesą sakant, net medicininis alkoholis – šis universalus antiseptikas, liaudiškas analgetikas ir antidepresantas – yra mielių grybų rūgimo metabolizmo produktas. Įvairioms ligoms gydyti naudojami tradiciniai ir nauji, labai veiksmingi, natūralūs ir chemiškai modifikuoti, skirtingos struktūros ir veikimo mechanizmo vaistai, kurių kūrime dalyvavo mikroorganizmai.

Kai vaistas pavojingesnis už ligą

Vaistų vartojimo praktikoje gydytojas turi susidurti su vadinamuoju šalutiniu poveikiu, kuris gali išsivystyti kartu su pagrindiniu vaisto poveikiu ir apriboti jo vartojimo galimybes. Nepageidaujamos reakcijos ypač dažnai pasireiškia vartojant įvairiapusį farmakologinį poveikį turinčius vaistus (prisiminkime tą patį etilo alkoholį), o gydymo tikslas pasiekiamas naudojant tik kai kuriuos konkretaus vaisto farmakodinamikos aspektus.

Šiuo požiūriu antibiotikai nusipelno ypatingo dėmesio, nes jie yra pasirenkami vaistai gydant daugumą infekcinių ligų, o prieš skiriant antibiotikus ne visada atliekami būtini mikrobiologiniai tyrimai. Dažni atvejai, kai neracionaliai vartojami plataus spektro antibiotikai, pacientai pažeidžia vaistų vartojimo režimus ir netgi visiškai nekontroliuojamą savigydą. Ir net tinkamai naudojant, antibakterinis antibiotikų poveikis apima ne tik patogeninę, bet ir normalią mikrobinę organizmo florą. Veikiant antibiotikams, miršta bifidobakterijos, laktobacilos, simbiotinės Escherichia coli padermės ir kiti naudingi mikrobai. Atsilaisvinusiose ekologinėse nišose iš karto apsigyvena oportunistinės bakterijos ir grybai (dažniausiai atsparūs antibiotikams), kurių anksčiau buvo ant odos ir nesteriliose kūno ertmėse nedideliais kiekiais – jų dauginimąsi stabdė normali mikroflora. Pavyzdžiui, gydymas antibiotikais gali paskatinti taikių saprofitinių mielių grybų transformaciją Candida albicans(1 pav.), gyvenančius ant burnos ertmės, trachėjos ir žarnyno gleivinės, į greitai besidauginančius mikroorganizmus, sukeliančius daugybę vietinių ir bendrųjų pakitimų.

1 pav. Į mieles panašūs grybai Candida albicans ir jų aktyvaus dauginimosi pasekmės. A - Ląstelės Candida albicans po elektroniniu mikroskopu. b - kandidozės apraiškos. Piešiniai iš svetainių velvet.by ir www.medical-enc.ru.

Kiti šalutiniai poveikiai gali būti pagrįsti individualiomis organizmo sąveikos su antibiotiku ypatybėmis: vaisto netoleravimas gali būti alerginio ar pseudoalerginio pobūdžio, būti fermentopatijų pasekmė arba patekti į paslaptingą ypatybių kategoriją (iki mechanizmo). išaiškinta netolerancija).

Probiotikai vietoj antibiotikų?

Šiuo metu medicinos mokslo ir sveikatos priežiūros institucijos visame pasaulyje susiduria su atsakinga užduotimi – sukurti veiksmingus antibakterinius vaistus, sukeliančius mažiausiai ryškias nepageidaujamas reakcijas.

Vienas iš galimų problemos sprendimo būdų yra vaistų, pagrįstų normalios mikrofloros atstovų gyvomis kultūromis, kūrimas ir platus farmakoterapinis naudojimas. probiotikai) žmogaus mikrobiocenozėms koreguoti ir patologinėms būsenoms gydyti. Bakterinių preparatų naudojimas grindžiamas normalios organizmo mikrofloros vaidmens supratimu procesuose, kurie suteikia nespecifinį atsparumą infekcijoms, formuojantis imuniniam atsakui, taip pat normalios floros antagonistinio vaidmens nustatymu ir jos dalyvavimu organizme. medžiagų apykaitos procesų reguliavimas.

I.I. laikomas probiotikų teorijos pradininku. Mechnikovas. Jis manė, kad žmogaus sveikatos išsaugojimas ir jaunystės pailgėjimas daugiausia priklauso nuo žarnyne gyvenančių pieno rūgšties bakterijų, gebančių slopinti irimo procesus bei nuodingų produktų susidarymą. Dar 1903 metais Mechnikovas pasiūlė praktiškai panaudoti mikrobų antagonistų kultūras kovojant su patogeninėmis bakterijomis.

Remiantis kai kuriais šaltiniais, terminą „probiotikai“ 1953 m. sukūrė Werneris Kollathas, o mokslininkai ir reguliavimo organizacijos jį ne kartą ir skirtingai interpretavo. Kollatas probiotikus vadino medžiagomis, būtinomis sveikam organizmui vystytis, savotiškais „gyvybės skatintojais“, priešingai nei antibiotikai. Lilly ir Stilwell, kuriems dažnai priskiriami šio termino sugalvotojai, taip pat sutiko su šio teiginio pabaiga, tačiau jie paaiškino, kad probiotikai yra medžiagos, kurias gamina vieni mikroorganizmai ir skatina kitų augimą. Didžioji dauguma apibrėžimų buvo susiję su gyvybingų mikrobų priėmimu, siekiant moduliuoti žarnyno mikroflorą. Remiantis PSO ir FAO ekspertų tarybos sutarimu, Probiotikai yra gyvi mikroorganizmai, kurie, vartojant pakankamais kiekiais, yra naudingi sveikatai. Didelį indėlį į šiuolaikinės probiotikų koncepcijos kūrimą įnešė garsus biochemikas ir gyvūnų mitybos specialistas Marcelis Vanbelle. T.P. Lionas ir R.J. Fallonas 1992 m. pavadino mūsų laiką „ateinančia probiotikų era“ (ir jie buvo teisūs, sprendžiant iš neįtikėtino jų pardavimo augimo – Red.) .

Palyginti su tradiciniais antibakteriniais vaistais, probiotikai turi daug privalumų: nekenksmingumą (tačiau ne visoms diagnozėms ir ne visiems pacientams - Red.), nepageidaujamų reakcijų, alergiškumo ir neigiamo poveikio normaliai mikroflorai nebuvimas. Tuo pačiu metu daugelio tyrimų autoriai šių biologinių produktų naudojimą sieja su ryškiu klinikiniu poveikiu gydant (tęstinį gydymą) ūmioms žarnyno infekcijoms. Svarbi probiotikų savybė, kai kuriais duomenimis, yra jų gebėjimas moduliuoti imunines reakcijas, kai kuriais atvejais turi antialerginį poveikį, reguliuoja virškinimą.

Šiuo metu medicinoje plačiai naudojama nemažai panašių bakterijų preparatų. Kai kuriose iš jų yra bakterijų, kurios nuolat gyvena žmogaus organizme („Lactobacterin“, „Bifidumbacterin“, „Colibacterin“, „Bifikol“), kitose yra mikroorganizmų, kurie nėra žmogaus kūno „gyventojai“, bet gali kolonizuotis. tam tikrą laiką gleivinės ar žaizdų paviršiai, ant jų sukuriant apsauginę bioplėvelę (2 pav.) ir gaminant patogeninėms bakterijoms naikinančias medžiagas. Tokie vaistai visų pirma apima "Biosporiną", kurio pagrindą sudaro saprofitinės bakterijos Bacillus subtilis ir „A-bakterinas“, susidedantis iš gyvų viridans aerococcus ląstelių - Aerococcus viridans .

Naudingas mikrobas – aerokokas

Kai kurie aerokokai (3 pav.) laikomi oportunistiniais mikrobais, nes gali sukelti gyvūnų ligas (pavyzdžiui, omarų gafemiją) ir imunodeficito turinčius žmones. Aerokokai dažnai randami ligoninių palatų ore ir ant medicinos priemonių, yra izoliuoti nuo streptokokinėmis ir stafilokokinėmis infekcijomis sergančių pacientų, taip pat turi tam tikrą morfologinį panašumą į šias pavojingas bakterijas.

3 pav. Aerokokų ląstelės ir kolonijos. A - Bakterijos po įprastu šviesos mikroskopu. b - Bakterijos po elektroniniu mikroskopu. Matomos apvalios ląstelės, išsidėsčiusios poromis ir tetradomis. V - Aerokokų kolonijos ant maistinės terpės, pridedant kraujo. Žalia spalva aplink kolonijas yra dalinio hemoglobino sunaikinimo rezultatas. Nuotrauka (a) iš svetainės codeofconduc.com, (b) ir (c) - straipsnio autorių.

4 pav. Patogeninių bakterijų augimo slopinimas aerokokiais. Auginant vibrionus, stafilokokus, difterijos bacilas ir apvaizdą, užfiksuotos žymaus augimo sulėtėjimo zonos. Pseudomonas aeruginosa ( Pseudomonas aeruginosa) yra atsparus antagonistiniam aerokokų poveikiui. Straipsnio autorių nuotrauka.

Tačiau Dnepropetrovsko medicinos akademijos Mikrobiologijos katedros komandai pavyko nustatyti aerokokų atmainą, kuri yra ne tik nekenksminga žmonėms, bet ir pasižymi ryškiu antagonistiniu aktyvumu prieš įvairius infekcinių ligų sukėlėjus. Taip buvo sukurtas ir pristatytas pasaulinėje praktikoje analogų neturintis vaistas - išoriniam ir peroraliniam vartojimui skirtas probiotikas „A-bakterinas“, kuris savo poveikiu žmogaus mikroflorai nenusileidžia brangiems antibiotiniams vaistams (4 pav.).

Aerokokų antagonistinės savybės yra susijusios su vandenilio peroksido (medžiagos, plačiai naudojamos medicinoje kaip antiseptikas) gamyba – stabili gamybinės padermės savybė. A. viridans, iš kurio ruošiamas „A-bakterinas“. Kita baktericidinė medžiaga – aerokoko metabolizmo produktas – superoksido radikalas (5 pav.), susidarantis šių bakterijų oksiduojantis pieno rūgščiai. Be to, aerokokų gebėjimas oksiduoti pieno rūgštį yra labai svarbus vartojant vaistą odontologijoje, nes viena iš karieso priežasčių yra streptokokų suformuota pieno rūgštis.

5 pav. Aerokokų gaminamos baktericidinės medžiagos: vandenilio peroksidas (A) ir superoksido radikalas (b) . Piešinys iš svetainės tofeelwell.ru.

Aerokokų auginimo skystyje buvo identifikuotas mažos molekulinės masės rūgštims atsparus ir karščiui stabilus peptidas. viridocinas, pasižymintis plačiu antagonistinio aktyvumo spektru prieš tuos mikroorganizmus, kurie dažniausiai sukelia ligoninių infekcijas ir dalyvauja formuojantis fiziologinei bei patologinei žmogaus žarnyno mikrobiocenozei. Be to, A. viridans gamina peptidą į išorinę aplinką aerocinas*, galintis sunaikinti į mieles panašius grybus. „A-bakterino“ naudojimas su kalio jodidu ir etoniu yra veiksmingas urogenitalinės kandidozės atveju, nes jis tikslingai pažeidžia Candida membranas. Toks pat poveikis pasiekiamas, kai vaistas vartojamas kaip kandidozės profilaktikos priemonė, kuri atsiranda, pavyzdžiui, dėl imunosupresijos ŽIV infekcijos metu.

* - Kartu su vandenilio peroksido gamyba (dėl NAD nepriklausomos laktatdehidrogenazės), o esant kalio jodidui ir hipojodidui (dėl glutationo peroksidazės), kurio baktericidinis poveikis yra ryškesnis nei vandenilio peroksidas, aerokokai taip pat turi antagonistinio aktyvumo neoksidiniai komponentai. Jie sudaro mažos molekulinės masės termostabilų peptidą aerociną, priklausantį mikrocinų klasei, aktyvų prieš Proteus, stafilokokus, Escherichia ir Salmonella. Aerocinas iš kultūros skysčio buvo išskirtas išsūdymo, elektrodializės ir popieriaus chromatografijos būdu, po to buvo nustatyta jo aminorūgščių sudėtis ir įrodytas terapinis efektyvumas prieš eksperimentinę salmonelių infekciją pelėms. Aerokokams taip pat būdingas sukibimas su epitelio ir kai kuriomis kitomis ląstelėmis, tai yra, atsiranda atsparumas patogeninėms bakterijoms, įskaitant bioplėvelių ir kolonizacijos atsparumo lygį.

Be gebėjimo slopinti patogeninių bakterijų dauginimąsi, „A-bakterinas“ skatina pažeistų audinių regeneraciją, pasižymi adjuvantiniu poveikiu, skatina fagocitozę ir gali būti rekomenduojamas pacientams, jautriems antibiotikams ir chemoterapinėms medžiagoms. Šiandien „A-bakterinas“ sėkmingai naudojamas nudegimams ir chirurginėms žaizdoms gydyti, viduriavimo profilaktikai ir gydymui, taip pat odontologinėje, urologinėje ir ginekologinėje praktikoje. Geriamasis „A-bakterinas“ skirtas žarnyno mikroflorai koreguoti, žarnyno infekcijų profilaktikai ir gydymui, tam tikrų biocheminių parametrų (cholesterolio profilio ir pieno rūgšties kiekio) koregavimui, imuninės sistemos aktyvinimui. Kiti probiotikai taip pat plačiai naudojami žarnyno infekcijų gydymui ir profilaktikai, ypač kūdikiams, kurie maitinami iš buteliuko. Taip pat populiarūs maisto produktai, kurių sudėtyje yra gyvų probiotinių kultūrų.

Gydomieji virusai

Gydant infekcijas, svarbu sukurti didelę antimikrobinio vaisto koncentraciją būtent patogeno lokalizacijos vietoje. Naudojant antibiotikus tablečių ar injekcijų pavidalu, tai pasiekti gana sunku. Bet fagų terapijos atveju pakanka, jei infekcinį židinį pasiekia bent pavieniai bakteriofagai. Aptikę patogenines bakterijas ir į jas prasiskverbę, fagai pradeda labai greitai daugintis. Su kiekvienu reprodukcijos ciklu, kuris trunka apie pusvalandį, fagų skaičius padidėja dešimtis ar net šimtus kartų. Sunaikinus visas patogeno ląsteles, fagai nebesugeba daugintis ir dėl mažo dydžio laisvai išsiskiria iš organizmo kartu su kitais skilimo produktais.

Probiotikai ir fagai kartu

Bakteriofagai pasitvirtino žarnyno infekcijų ir pūlingų-uždegiminių procesų profilaktikai ir gydymui. Šių ligų sukėlėjai dažnai tampa atsparūs antibiotikams, tačiau išlieka jautrūs fagams. Pastaruoju metu mokslininkai susidomėjo galimybe kartu naudoti bakteriofagus ir probiotikus. Daroma prielaida, kad paskyrus tokį sudėtingą vaistą, fagas pirmiausia sunaikina patogenines bakterijas, o tada atsilaisvinusią ekologinę nišą apgyvendina naudingi mikroorganizmai, suformuojant stabilią mikrobiocenozę, pasižyminčią aukštomis apsauginėmis savybėmis. Šis metodas jau buvo išbandytas su ūkio gyvūnais. Greičiausiai tai įeis ir į medicinos praktiką.

Taip pat įmanoma glaudesnė sąveika sistemoje „bakteriofagas + probiotikas“. Yra žinoma, kad bakterijos – normalios žmogaus mikrofloros atstovės – savo paviršiuje geba adsorbuoti įvairius virusus, neleisdamos jiems prasiskverbti į žmogaus ląsteles. Paaiškėjo, kad bakteriofagai taip pat gali būti adsorbuojami taip pat: jie nepajėgia prasiskverbti į jiems atsparios bakterijos ląstelę, o naudoja ją kaip „transporto priemonę“ judėti žmogaus organizme. Šis reiškinys vadinamas bakteriofago translokacija.

Vidinė kūno aplinka, jo audiniai ir kraujas laikomi steriliais. Tiesą sakant, mikroskopiškai pažeidžiant gleivines, simbiontinės bakterijos periodiškai prasiskverbia į kraują (7 pav.), nors imuninės sistemos ląstelės ir baktericidinės medžiagos ten jas greitai sunaikina. Esant infekciniam židiniui, dažnai pažeidžiamos aplinkinių audinių barjerinės savybės, padidėja jų pralaidumas. Tai padidina tikimybę, kad cirkuliuojančios probiotinės bakterijos prasiskverbs ten kartu su prie jų pritvirtintais fagais. Visų pirma, žmonių, sergančių šlapimo takų infekcijomis, vartojusių A-bakteriną per burną, šlapime buvo rasta aerokokų, o jų skaičius buvo nuolat mažas, o tai tiksliai rodo. perkėlimas aerokokus, o ne apie jų dauginimąsi šiuose organuose. Aerokokai ir dažniausi urologinių infekcijų sukėlėjai priklauso visiškai skirtingoms bakterijų grupėms, todėl yra jautrūs skirtingiems bakteriofagams. Tai atveria įdomias perspektyvas sukurti sudėtingą vaistą, pavyzdžiui, remiantis A. viridans ir fagai, užkrečiantys žarnyno bakterijas. Tokie pokyčiai vykdomi Dnepropetrovsko medicinos akademijos Mikrobiologijos skyriuje, tačiau jie dar nepasiekė laboratorinių tyrimų stadijos.

Straipsnis parašytas dalyvaujant Yurgel L.G. ir Kremenchutsky G.N.

Iš redaktoriaus

„Biomolekulių“ redakcija atkreipia skaitytojų dėmesį, kad „Savo darbo“ nominacijos straipsnių autoriai dalijasi svarbiomis ir įdomiomis detalėmis. jų tyrinėti, vadovauti savo požiūrį apie situaciją jūsų pramonėje. „Biomolecules“ komanda nemano, kad probiotikų vartojimo tikslingumo klausimas jau išspręstas.

Tokių medžiagų tyrimų rezultatai, kad ir kokie nuostabūs jie būtų, turi būti atitinkamai patvirtinti: vaistas turi praeiti būtinus klinikinių tyrimų etapus, kad medicinos bendruomenė pripažintų jį saugiu ir veiksmingu. vaistas, ir tik po to rekomenduoti pacientams. Natūralu, kad kalbame apie tyrimus pagal tarptautinius standartus, o ne taip, kaip kartais būna pas mus – 12 kaimo ligoninių ligonių, kurie pareiškė, kad jiems tai tiesiog siaubingai padėjo. Gera rekomendacija gydytojams ir pacientams būtų kai kurių probiotinių vaistų patvirtinimas, pavyzdžiui, Amerikos FDA, bet, deja...

Tuo tarpu probiotikai, vartojami per burną, turėtų būti vertinami ne kaip vaistai, o kaip maisto papildai. Be to, gamintojo deklaruojamos vaisto savybės negali būti perkeltos į kitus probiotikus: jos yra kritinės įtempti(ne gentis ar net rūšis) ir kolonijas formuojančių vienetų skaičius. Taip pat reikia nepamiršti, kad tokiems produktams įtakos turi daug veiksnių, susijusių su gamyba, laikymo sąlygomis ir laikotarpiais, vartojimu ir virškinimu.

Didžiausios mitybos ir gydymo organizacijos pasaulyje laikosi: Dar nėra pakankamai įrodymų, kad probiotikai turi teigiamą poveikį sveikatai(ypač visi jie, nepaisant pradinės tos pačios sveikatos būklės). Ir ne tai, kad kontrolieriai yra įsitikinę šių vaistų neveiksmingumu - tiesiog, kaip taisyklė, atliktuose medicininiuose tyrimuose jie nemato patikimo priežasties ir pasekmės ryšio tarp probiotikų vartojimo ir teigiamų pokyčių. Taip pat verta prisiminti tuos tyrimus, kai koks nors probiotikas pasirodė esąs neveiksmingas ar net turėjo neigiamą poveikį.

Vienaip ar kitaip, probiotikų tendencija turi potencialo – bent jau įvairių enteritų profilaktikoje ir gydyme (jei kalbame apie peroralinį vartojimą). Tiesiog tai nėra taip paprasta. Ne taip paprasta, kaip norėtų gamintojas, gydytojas ir pacientas. Tikriausiai probiotikai mūsų parduotuvių ir vaistinių lentynose tiesiog „gimė per anksti“. Taigi laukiame žudančių įrodymų iš plėtros mokslininkų ir gamintojų. O straipsnio autoriams linkime sėkmės šioje sunkioje srityje ir, žinoma, ieškant naujų įdomių mikroorganizmų savybių.

Literatūra

1. Kremenchutsky G.N., Ryzhenko S.A., Volyansky A.Yu., Molchanov R.N., Chuiko V.I. A-bakterinas pūlingų-uždegiminių procesų gydymui ir profilaktikai. Dnepropetrovskas: Slenksčiai, 2000. - 150 p.;
2. Vanbelle M., Teller E., Focant M. (1990). Probiotikai gyvūnų mityboje: apžvalga. Arch. Tiernernahr. 40 (7), 543–567;
3. Rizhenko S.A., Kremenchutsky G.M., Bredikhina M.O. (2008). Reto probiotiko „A-bakterino“ infuzija ant žarnyno mikrobiotos. Medicinos perspektyvos. 2 , 47–50;
4. Akilovas O.A. (2000). Šiuolaikiniai kandidozės gydymo metodai. Rusijos medicinos serverio svetainė.;
5. Edwardsas J.E. Jr., Bodey G.P., Bowden R.A., Büchner T., de Pauw B.E., Filler S.G. ir kt. (1997). Tarptautinė konferencija, skirta sutarimui dėl sunkių kandidozinių infekcijų valdymo ir prevencijos plėtoti. Clin. Infekcija. Dis. 25 , 43–59;
6. Antoniskis D., Larsen R.A., Akil B., Rarick M.U., Leedom J.M. (1990). Seronegatyvi išplitusi kokcidioidomikozė pacientams, sergantiems ŽIV infekcija. AIDS. 4 , 691–693;
7. Jonesas J.L., Flemingas P.L., Ciesielskis C.A., Hu D.J., Kaplanas J.E., Ward J.W. (1995). Kokcidioidomikozė tarp AIDS sergančių asmenų Jungtinėse Valstijose. J. Užkrėsti. Dis. 171 , 961–966;
8. Stepansky D.A., Ryzhenko S.A., Kremenchutsky G.N., Sharun O.V., Yurgel L.G., Krushinskaya T.Yu., Koshevaya I.P. (2012). Neoksidiniai aerokoko antagonistinio aktyvumo komponentai (NAA). Mechnikovo instituto metraščiai. 4 , 9–10;
9. Ardatskaya M.D. (2011). Pre- ir probiotikai koreguojant žarnyno mikroekologinius sutrikimus. Pharmateka. 12 , 62–68;
10. Bekhtereva M.K., Ivanova V.V. (2014). Bakteriofagų vieta gydant virškinamojo trakto infekcines ligas. Pediatrija. 2 , 24–29;
11. Grigorieva G.I., Gordeeva I.V., Kulchitskaya M.A., Anikina T.A. (2006). Veiksmingas biologinių vaistų (probiotikų ir bakteriofagų) naudojimas gydant karves, sergančias ūminiu endometritu. Veterinarinė patologija. 1 , 52–56;
12. Bondarenko V.M. (2013). Bakterinės autofloros translokacijos mechanizmai endogeninei infekcijai vystytis. Rusijos mokslų akademijos Uralo skyriaus Orenburgo mokslo centro biuletenis (elektroninis žurnalas). 3 ;
13. Kremenchutsky G.N., Ryzhenko S.A., Yurgel L.G. (2008). Translokacijos reiškinys E.coli(Hem + , Str r) . XVI tarptautinės konferencijos „Naujos informacinės technologijos medicinoje, biologijoje, farmakologijoje, ekologijoje“ pranešimų medžiaga.. 250–251;
14. Kutoviy A.B., Vasylishin R.Y., Meshalov V.D., Kremenchutsky G.N. (2002). Enteralinio organo bakterijų translokacija ir infekcinio proceso apibendrinimas eksperimente. Mokslinių tyrimų biuletenis. 2 , 121–123;
15. Šarūnas A.V., Nikulina O.O., Kremenchutsky G.M. (2005). Šiuolaikinė aerokokų, stebimų iš įvairių ekologinių nišų žmogaus organizme, biologinio poveikio analizė. Medicinos perspektyvos. 3 , 72–78;
16. Ziminas A.A., Vasiljeva E.A., Vasiljeva E.L., Fishmanas K.S., Skoblikovas N.E., Kremenčutskis G.N., Muraševas A.N. (2009). Biologinis saugumas fagų ir probiotikų terapijoje: problemos ir sprendimai. Naujų medicinos technologijų biuletenis. 1 , 200–202..

Mikroorganizmai plačiai naudojami maisto pramonėje, namų ūkyje, mikrobiologinėje pramonėje gaminant aminorūgštis, fermentus, organines rūgštis, vitaminus ir kt. Klasikinė mikrobiologinė gamyba apima vyno gamybą, alaus gamybą, duonos, pieno rūgšties produktų ir maistinio acto gamybą. Pavyzdžiui, vyno gamyba, alaus gamyba ir mielinės tešlos gamyba neįmanoma be gamtoje plačiai paplitusių mielių.

Pramoninės mielių gamybos istorija prasidėjo Olandijoje, kur 1870 metais buvo įkurta pirmoji mieles gaminanti gamykla. Pagrindinė gaminio rūšis buvo presuotos mielės, kurių drėgnumas siekė apie 70%, kurias buvo galima laikyti vos kelias savaites. Ilgalaikis saugojimas buvo neįmanomas, nes presuotos mielių ląstelės išliko gyvos ir išlaikė savo aktyvumą, o tai lėmė jų autolizę ir mirtį. Vienas iš pramoninio mielių konservavimo būdų yra džiovinimas. Sausose mielėse, esant žemai drėgmei, mielių ląstelė yra anabiotinės būsenos ir gali išlikti ilgą laiką. Pirmosios sausosios mielės pasirodė 1945 m. 1972 m. pasirodė antroji sausųjų mielių karta, vadinamosios greitosios mielės. Nuo dešimtojo dešimtmečio vidurio atsirado trečioji sausų mielių karta: kepimo mielės Saccharomyces cerevisiae, kurios viename gaminyje sujungia momentinių mielių privalumus ir labai koncentruotą specializuotų kepimo fermentų kompleksą. Šios mielės ne tik pagerina duonos kokybę, bet ir aktyviai priešinasi stingimo procesui.

Kepimo mielės Saccharomyces cerevisiae taip pat naudojami etilo alkoholio gamyboje.

Vyno gamyboje naudojamos daug skirtingų rasių mielių, kad būtų gaminamas unikalus vynas su unikaliomis savybėmis.

Pieno rūgšties bakterijos dalyvauja ruošiant tokius maisto produktus kaip rauginti kopūstai, marinuoti agurkai, marinuotos alyvuogės ir daugelis kitų marinuotų maisto produktų.

Pieno rūgšties bakterijos cukrų paverčia pieno rūgštimi, kuri apsaugo maisto produktus nuo puvimo bakterijų.

Pieno rūgšties bakterijų pagalba ruošiami įvairūs pieno rūgšties produktai, varškė, sūris.

Tačiau daugelis mikroorganizmų vaidina neigiamą vaidmenį žmogaus gyvenime, nes yra žmonių, gyvūnų ir augalų ligų sukėlėjai; jie gali sukelti maisto gedimą, įvairių medžiagų sunaikinimą ir kt.

Kovai su tokiais mikroorganizmais buvo atrasti antibiotikai – penicilinas, streptomicinas, gramicidinas ir kt., kurie yra grybelių, bakterijų ir aktinomicetų medžiagų apykaitos produktai.

Mikroorganizmai aprūpina žmogų reikalingais fermentais. Taigi amilazė naudojama maisto, tekstilės ir popieriaus pramonėje. Proteazė sukelia baltymų skaidymą įvairiose medžiagose. Rytuose grybų proteazė prieš kelis šimtmečius buvo naudojama sojos padažui gaminti. Šiuo metu jis naudojamas ploviklių gamyboje. Konservuojant vaisių sultis, naudojamas fermentas, pvz., pektinazė.

Mikroorganizmai naudojami nuotekų valymui ir maisto perdirbimo atliekoms. Anaerobiškai skaidant organines medžiagas atliekose susidaro biodujos.

Pastaraisiais metais atsirado naujų gamybos įrenginių. Karotinoidai ir steroidai gaunami iš grybų.

Bakterijos sintetina daug aminorūgščių, nukleotidų ir kitų reagentų biocheminiams tyrimams.

Mikrobiologija – sparčiai besivystantis mokslas, kurio pasiekimai daugiausia susiję su fizikos, chemijos, biochemijos, molekulinės biologijos ir kt.

Norint sėkmingai studijuoti mikrobiologiją, reikalingos išvardintų mokslų žinios.

Šiame kurse daugiausia dėmesio skiriama maisto mikrobiologijai. Daug mikroorganizmų gyvena kūno paviršiuje, žmonių ir gyvūnų žarnyne, augaluose, maisto produktuose ir ant visų mus supančių objektų. Mikroorganizmai vartoja labai įvairų maistą ir itin lengvai prisitaiko prie kintančių gyvenimo sąlygų: karščio, šalčio, drėgmės trūkumo ir pan.. Jie dauginasi labai greitai. Neturint mikrobiologijos žinių neįmanoma kompetentingai ir efektyviai valdyti biotechnologinius procesus, išlaikyti aukštos kokybės maisto produktus visuose jų gamybos etapuose ir užkirsti kelią produktų, turinčių maistu plintančių ligų ir apsinuodijimų sukėlėjų, vartojimui.

Ypač pabrėžtina, kad maisto produktų mikrobiologiniai tyrimai ne tik technologinių savybių, bet ir ne mažiau svarbūs sanitarinės bei mikrobiologinės saugos požiūriu yra sudėtingiausias sanitarinės mikrobiologijos objektas. . Tai paaiškinama ne tik mikrofloros įvairove ir gausa maisto produktuose, bet ir mikroorganizmų panaudojimu daugelio jų gamyboje.

Atsižvelgiant į tai, atliekant mikrobiologinę maisto kokybės ir saugos analizę, reikėtų išskirti dvi mikroorganizmų grupes:

– specifinė mikroflora;

- nespecifinė mikroflora.

Specifinis– tai kultūrinės mikroorganizmų rasės, kurios naudojamos tam tikram produktui paruošti ir yra esminė jo gamybos technologijos grandis.

Ši mikroflora naudojama vyno, alaus, duonos, visų fermentuotų pieno produktų gamybos technologijoje.

Nespecifinis yra mikroorganizmai, kurie iš aplinkos patenka į maisto produktus, juos užteršdami. Tarp šios mikroorganizmų grupės išskiriami saprofitiniai, patogeniniai ir oportunistiniai mikroorganizmai, taip pat mikroorganizmai, sukeliantys maisto gedimą.

Užterštumo laipsnis priklauso nuo daugelio veiksnių, tarp kurių yra tinkamas žaliavų įsigijimas, jų saugojimas ir perdirbimas, technologinių ir sanitarinių produktų gamybos, jų saugojimo ir transportavimo režimų laikymasis.

Įvadas

Šiuolaikinės biotechnologijos remiasi gamtos mokslų, inžinerijos, technologijų, biochemijos, mikrobiologijos, molekulinės biologijos ir genetikos pasiekimais. Kovai su aplinkos tarša ir augalų bei gyvūnų organizmų kenkėjais naudojami biologiniai metodai. Prie biotechnologijų pasiekimų priskiriamas ir imobilizuotų fermentų naudojimas, sintetinių vakcinų gamyba, ląstelių technologijos panaudojimas veisime.

Bakterijos, grybai, dumbliai, kerpės, virusai ir pirmuonys vaidina svarbų vaidmenį žmogaus gyvenime. Nuo seno žmonės juos naudojo duonos kepimo, vyno ir alaus gamybos procesuose, įvairiose pramonės šakose.

Mikroorganizmai padeda žmonėms gaminti veiksmingas baltymines maistines medžiagas ir biodujas. Jie naudojami taikant biotechninius oro ir nuotekų valymo metodus, naudojant biologinius žemės ūkio kenkėjų naikinimo metodus, gaunant vaistinius preparatus, naikinant atliekas.

Pagrindinis šio darbo tikslas – ištirti mikroorganizmų auginimo būdus ir sąlygas

· Susipažinti su mikroorganizmų panaudojimo sritimis

· Ištirti mikroorganizmų morfologiją ir fiziologiją

· Ištirti pagrindinius maistinių medžiagų tipus ir sudėtį

· Pateikite koncepciją ir susipažinkite su bioreaktoriumi

· Atskleisti pagrindinius mikroorganizmų auginimo būdus

Mikroorganizmų morfologija ir fiziologija

Morfologija

Mikroorganizmų klasifikacija

Bakterijos

Bakterijos yra vienaląsčiai prokariotiniai mikroorganizmai. Jų dydis matuojamas mikrometrais (µm). Yra trys pagrindinės formos: sferinės bakterijos – kokos, lazdelės formos ir vingiuotos.

Cocci(graikų kokkos - grūdai) yra sferinės arba šiek tiek pailgos formos. Jie skiriasi vienas nuo kito priklausomai nuo to, kaip jie yra po padalijimo. Pavieniai esantys kokai yra mikrokokai, o poromis esantys - diplokokai. Streptokokai dalijasi vienoje plokštumoje ir po pasidalijimo neišsiskiria, sudarydami grandines (gr. streptos – grandinė). Tetrakokai sudaro keturių kokosų derinius dėl dalijimosi dviejose viena kitai statmenose plokštumose, sarcinos (lot. sarcio – surišti) susidaro dalijant į tris tarpusavyje statmenas plokštumas ir atrodo kaip 8-16 kokkų sankaupos. Dėl atsitiktinio dalijimosi stafilokokai suformuoja grupes, primenančias vynuogių kekę (gr. staphyle – vynuogių kekė).

Strypo formos bakterijos (graikiškai bakterijos – lazdelė), galinčios formuoti sporas, vadinamos bacilomis, jei sporos nėra platesnės už pačią lazdelę, ir klostridijomis, jeigu sporos skersmuo viršija pagaliuko skersmenį. Lazdelės formos bakterijos, skirtingai nei kokos, yra įvairaus dydžio, formos ir ląstelių išsidėstymo: trumpos (1-5 µm), storos, suapvalintais galais, žarnyno grupės bakterijos; plonos, šiek tiek išlenktos tuberkuliozės bacilos; ploni difterijos strypai, esantys kampu; didelės (3-8 mikronų) juodligės bacilos su „nupjautais“ galais, sudarančios ilgas grandines - streptobacilas.

KAM gofruotas bakterijų formoms priskiriami vibrionai, kurie turi šiek tiek išlenktą kablelio formą (Vibrio cholera) ir spirilę, susidedančią iš kelių garbanų. Susuktoms formoms priskiriamos ir kampilobakterijos, kurios po mikroskopu atrodo kaip skraidančios žuvėdros sparnai.

Bakterinės ląstelės struktūra.

Bakterijos ląstelės struktūrinius elementus galima suskirstyti į:

a) nuolatiniai struktūriniai elementai – yra kiekvieno tipo bakterijose per visą bakterijos gyvavimo laikotarpį; tai ląstelės sienelė, citoplazminė membrana, citoplazma, nukleoidas;

B) nestabilūs struktūriniai elementai, kuriuos ne visų tipų bakterijos sugeba susidaryti, o juos formuojančios bakterijos gali juos prarasti ir vėl įgyti priklausomai nuo egzistavimo sąlygų. Tai yra kapsulė, intarpai, pilis, sporos, žvyneliai.

Ryžiai. 1.1. Bakterijų ląstelių struktūra

Ląstelių sienelės apima visą ląstelės paviršių. Gramteigiamos bakterijos turi storesnę ląstelės sienelę: iki 90% yra polimerinis peptidoglikano junginys, susietas su teiko rūgštimis ir baltymų sluoksniu. Gramneigiamų bakterijų ląstelės sienelė yra plonesnė, bet sudėtingesnės sudėties: ji susideda iš plono peptidoglikano, lipopolisacharidų ir baltymų sluoksnio; jis yra padengtas išorine membrana.

Ląstelės sienelės funkcijosar tai:

Yra osmosinis barjeras

Nustato bakterinės ląstelės formą,

Apsaugo ląstelę nuo aplinkos poveikio,

Neša įvairius receptorius, kurie palengvina fagų, kolicinų, taip pat įvairių cheminių junginių prijungimą,

Per ląstelės sienelę į ląstelę patenka maistinės medžiagos ir išsiskiria medžiagų apykaitos produktai,

O-antigenas yra lokalizuotas ląstelės sienelėje ir su juo yra susijęs bakterijų endotoksinas (lipidas A).

Citoplazminė membrana

Greta bakterijų ląstelės sienelės citoplazminė membrana , kurios struktūra panaši į eukariotų membranas ( susideda iš lipidų dvigubo sluoksnio, daugiausia fosfolipidai su įmontuotu paviršiumi ir integruotais baltymais). Ji suteikia:

Selektyvus tirpių medžiagų pralaidumas ir pernešimas į ląstelę,

elektronų pernešimas ir oksidacinis fosforilinimas,

Hidrolizinių egzofermentų išskyrimas, įvairių polimerų biosintezė.

Citoplazminės membranos ribos bakterinė citoplazma , kuris atstovauja granuliuota struktūra. Lokalizuota citoplazmoje ribosomos ir bakterinė nukleoidas, jame taip pat gali būti inkliuzų ir plazmidės(ekstrachromosominė DNR). Be privalomų struktūrų, bakterijų ląstelėse gali būti sporų.

Citoplazma- Vidinis gelio pavidalo bakterijų ląstelės turinys yra persmelktas membranų struktūrų, kurios sukuria standžią sistemą. Citoplazmoje yra ribosomų (jose vyksta baltymų biosintezė), fermentų, aminorūgščių, baltymų ir ribonukleino rūgščių.

Nukleoidas- Tai bakterinė chromosoma, dviguba DNR grandinė, uždaryta žiedu, susijusi su mezosoma. Skirtingai nuo eukariotų branduolio, DNR grandinė laisvai išsidėsčiusi citoplazmoje ir neturi branduolinės membranos, branduolio ar histono baltymų. DNR grandinė yra daug kartų ilgesnė už pačią bakteriją (pavyzdžiui, E. coli chromosomos ilgis yra didesnis nei 1 mm).

Be nukleoido, citoplazmoje gali būti ekstrachromosominių paveldimumo faktorių, vadinamų plazmidėmis. Tai trumpos, apskritos DNR grandinės, prijungtos prie mezosomų.

Inkliuzai Kai kurių bakterijų citoplazmoje yra grūdelių pavidalu, kuriuos galima aptikti mikroskopu. Dažniausiai tai yra maistinių medžiagų tiekimas.

Išgėrė(lot. pili – plaukeliai) kitaip blakstiena, fimbria, fimbriae, villi – trumpi siūliški procesai bakterijų paviršiuje.

Flagella. Daugelio rūšių bakterijos gali judėti dėl žvynelių buvimo. Iš patogeninių bakterijų tik tarp lazdelių ir vingiuotų formų yra judrių rūšių. Flagella yra ploni elastingi siūlai, kurių ilgis kai kuriose rūšyse yra kelis kartus didesnis nei pačios bakterijos kūno ilgis.

Žvynelių skaičius ir vieta yra būdinga bakterijoms būdinga rūšis. Skiriamos bakterijos: monotrichai - su vienu žvyneliu kūno gale, lopotrichai - su žvynelių ryšuliu gale, amfitrichai, kurių abiejuose galuose yra žvyneliai, ir peritrikai, kurių žvyneliai išsidėstę per visą kūno paviršių. kūnas. Monotrichams priklauso Vibrio cholerae, peritrichams – Salmonella tyhoid.

Kapsulė- išorinis gleivinis sluoksnis, kurį turi daugelis bakterijų. Kai kuriose rūšyse jis yra toks plonas, kad jį galima aptikti tik elektroniniu mikroskopu – tai mikrokapsulė. Kitų tipų bakterijose kapsulė yra gerai apibrėžta ir matoma įprastu optiniu mikroskopu – tai makrokapsulė.

Mikoplazmos

Mikoplazmos yra prokariotai, jų dydis yra 125-200 nm. Tai yra mažiausi iš ląstelių mikrobų, jų dydis artimas optinio mikroskopo skiriamosios gebos ribai. Jiems trūksta ląstelės sienelės. Ląstelės sienelės nebuvimas yra susijęs su būdingomis mikoplazmų savybėmis. Jie neturi pastovios formos, todėl randamos sferinės, ovalios, siūlų formos.

Riketsija

Chlamidija

Aktinomicetai

Aktinomicetai yra vienaląsčiai mikroorganizmai, priklausantys prokariotams. Jų ląstelės turi tokią pat struktūrą kaip bakterijų: ląstelės sienelė, kurioje yra peptidoglikanas, citoplazminė membrana; citoplazmoje yra nukleoidas, ribosomos, mezosomos ir tarpląsteliniai intarpai. Todėl patogeniniai aktinomicetai yra jautrūs antibakteriniams vaistams. Tuo pačiu metu jie turi išsišakojusių persipynusių siūlų formą, panašią į grybus, o kai kurie strentomicetų šeimai priklausantys aktinomicetai dauginasi sporomis. Kitos aktinomicetų šeimos dauginasi fragmentacijos būdu, tai yra, gijų skaidymas į atskirus fragmentus.

Aktinomicetai plačiai paplitę aplinkoje, ypač dirvožemyje, dalyvauja medžiagų cikle gamtoje. Tarp aktinomicetų yra antibiotikų, vitaminų ir hormonų gamintojų. Daugumą šiuo metu naudojamų antibiotikų gamina aktinomicetai. Tai streptomicinas, tetraciklinas ir kt.

Spirochetes.

Spirochetai yra prokariotai. Jie turi būdingų savybių tiek bakterijoms, tiek pirmuonių mikroorganizmams. Tai vienaląsčiai mikrobai, suformuoti kaip ilgos, plonos, spiraliai išlenktos ląstelės, galinčios aktyviai judėti. Esant nepalankioms sąlygoms, dalis jų gali virsti cistomis.

Elektroninio mikroskopo tyrimai leido nustatyti spirochetų ląstelių struktūrą. Tai citoplazminiai cilindrai, apsupti citoplazmine membrana ir ląstelės sienele, kurioje yra peptidoglikano. Citoplazmoje yra nukleoidų, ribosomų, mezosomų ir inkliuzų.

Po citoplazmine membrana yra fibrilių, užtikrinančių įvairius spirochetų judesius – transliacinius, sukimosi, lenkimo.

Patogeniniai spirochetų atstovai: Treponema pallidum – sukelia sifilį, Borrelia recurrentis – pasikartojančią karščiavimą, Borrelia burgdorferi – Laimo ligą, Leptospira interrogans – leptospirozę.

Grybai

Grybai (Fungi, Mycetes) yra eukariotai, žemesni augalai, neturintys chlorofilo, todėl jie nesintetina organinių anglies junginių, tai yra yra heterotrofai, turi diferencijuotą branduolį ir yra padengti chitino turinčiu apvalkalu. Skirtingai nuo bakterijų, grybų apvalkale peptidoglikano nėra, todėl jie nejautrūs penicilinams. Grybų citoplazmai būdinga daug įvairių inkliuzų ir vakuolių.

Tarp mikroskopinių grybų (mikromicetų) yra vienaląsčių ir daugialąsčių mikroorganizmų, kurie skiriasi morfologija ir dauginimosi būdais. Grybams būdingi įvairūs dauginimosi būdai: dalijimasis, skaldymas, pumpuravimas, sporų susidarymas – nelytinis ir lytinis.

Mikrobiologiniuose tyrimuose dažniausiai susiduriama su pelėsiais, mielėmis ir vadinamųjų netobulųjų grybų grupės atstovais.

Pelėsiai sudaro tipišką grybieną, plintančią išilgai maistinių medžiagų substrato. Iš grybienos aukštyn kyla oro šakos, kurios baigiasi įvairių formų vaisiakūniais, nešančiais sporas.

Mucor arba capitate pelėsiai (Mucor) yra vienaląsčiai grybai, turintys sferinį vaisiakūnį, užpildytą endosporomis.

Aspergillus genties pelėsiai – daugialąsčiai grybai su vaisiakūniu, kuris mikroskopiškai primena laistytuvo galiuką, purškiantį vandens sroves; iš čia ir kilo pavadinimas „laistymo pelėsis“. Kai kurios Aspergillus rūšys pramoniniu būdu naudojamos citrinų rūgščiai ir kitoms medžiagoms gaminti. Yra rūšių, kurios žmonėms sukelia odos ir plaučių ligas – aspergiliozę.

Penicillum genties pelėsiai, arba racemos, yra daugialąsčiai grybai, kurių vaisiakūnis yra teptuko pavidalo. Pirmasis antibiotikas penicilinas buvo gautas iš tam tikrų žaliųjų pelėsių rūšių. Tarp penicilijų yra žmonėms patogeniškų rūšių, sukeliančių peniciliozę.

Įvairių rūšių pelėsiai gali sugadinti maisto produktus, vaistus ir biologinius produktus.

Mielės – mielių grybai (Saccharomycetes, Blastomycetes) turi apvalių arba ovalių ląstelių formą, daug kartų didesnes nei bakterijos. Vidutinis mielių ląstelių dydis yra maždaug lygus raudonųjų kraujo kūnelių skersmeniui (7-10 mikronų).

Virusai

Virusai- (lot. viruso nuodai) - smulkiausi mikroorganizmai, neturintys ląstelinės struktūros, baltymus sintezuojančios sistemos ir gebantys daugintis tik labai organizuotų gyvybės formų ląstelėse. Jie plačiai paplitę gamtoje, pažeidžiantys gyvūnus, augalus ir kitus mikroorganizmus.

Subrendusi viruso dalelė, žinoma kaip virionas, susideda iš nukleino rūgšties – genetinės medžiagos (DNR arba RNR), pernešančios informaciją apie kelių tipų baltymus, reikalingus naujam virusui susidaryti – padengtą apsauginiu baltymo apvalkalu – kapsidu. Kapsidas sudarytas iš identiškų baltymų subvienetų, vadinamų kapsomerai. Virusai taip pat gali turėti lipidų apvalkalą virš kapsido ( superkapsidas), susidaro iš šeimininko ląstelės membranos. Kapsidą sudaro baltymai, užkoduoti viruso genomo, o jo forma grindžiama virusų klasifikacija pagal morfologines savybes. Kompleksiniai virusai taip pat koduoja specialius baltymus, kurie padeda surinkti kapsidą. Baltymų ir nukleorūgščių kompleksai yra žinomi kaip nukleoproteinai, o viruso kapsidės baltymų kompleksas su viruso nukleorūgštimi vadinamas nukleokapsidas.

Ryžiai. 1.4. Scheminė viruso struktūra: 1 - branduolys (viengrandė RNR); 2 - baltyminis apvalkalas (Capsid); 3 - papildoma lipoproteinų membrana; 4 - Kapsomerai (struktūrinės kapsido dalys).

Mikroorganizmų fiziologija

Mikroorganizmų fiziologija tiria mikrobų ląstelių gyvybinę veiklą, jų mitybos, kvėpavimo, augimo, dauginimosi procesus, sąveikos su aplinka modelius.

Metabolizmas

Metabolizmas– biocheminių procesų visuma, skirta energijai gauti ir ląstelinei medžiagai atgaminti.

Bakterijų metabolizmo ypatybės:

1) naudojamų substratų įvairovė;

2) medžiagų apykaitos procesų intensyvumas;

4) skilimo procesų vyravimas prieš sintezės procesus;

5) metabolizmo egzo ir endofermentų buvimas.

Metabolizmas susideda iš dviejų tarpusavyje susijusių procesų: katabolizmo ir anabolizmo.

Katabolizmas(energijos apykaita) – tai didelių molekulių skaidymo į paprastesnes procesas, dėl kurio išsiskiria energija, kuri kaupiasi ATP pavidalu:

a) kvėpavimas;

b) fermentacija.

Anabolizmas(konstruktyvus metabolizmas) – užtikrina makromolekulių, iš kurių susidaro ląstelė, sintezę:

a) anabolizmas (su energijos sąnaudomis);

b) katabolizmas (su energijos išsiskyrimu);

Šiuo atveju naudojama energija, gauta katabolizmo procese. Bakterijų metabolizmas pasižymi dideliu proceso greičiu ir greitu prisitaikymu prie besikeičiančių aplinkos sąlygų.

Mikrobų ląstelėje fermentai yra biologiniai katalizatoriai. Pagal struktūrą jie išskiriami:

1) paprasti fermentai (baltymai);

2) kompleksinis; susideda iš baltymų (aktyvaus centro) ir nebaltyminių dalių; būtini fermentų aktyvavimui.

Pagal veiksmo vietą jie išskiria:

1) egzofermentai (veikia už ląstelės ribų; dalyvauja skaidant dideles molekules, kurios negali prasiskverbti į bakterijos ląstelės vidų; būdingos gramteigiamoms bakterijoms);

2) endofermentai (veikia pačioje ląstelėje, užtikrina įvairių medžiagų sintezę ir skaidymą).

Priklausomai nuo katalizuojamų cheminių reakcijų, visi fermentai skirstomi į šešias klases:

1) oksidoreduktazės (katalizuoja redokso reakcijas tarp dviejų substratų);

2) transferazės (atlieka tarpmolekulinį cheminių grupių perkėlimą);

3) hidrolazės (atlieka hidrolizinį intramolekulinių ryšių skaidymą);

4) liazės (prijungia chemines grupes prie dviejų ryšių, taip pat atlieka atvirkštines reakcijas);

5) izomerazės (vykdo izomerizacijos procesus, užtikrina vidinę konversiją, susidarant įvairiems izomerams);

6) ligazės, arba sintetazės (jos jungia dvi molekules, todėl ATP molekulėje nutrūksta pirofosfato ryšiai).

Mityba

Mityba reiškia maistinių medžiagų patekimo į ląsteles ir išėjimo iš jų procesus. Mityba pirmiausia užtikrina ląstelių dauginimąsi ir medžiagų apykaitą.

Į bakterijų ląstelę mitybos metu patenka įvairios organinės ir neorganinės medžiagos. Bakterijos neturi specialių mitybos organų. Medžiagos mažų molekulių pavidalu prasiskverbia per visą ląstelės paviršių. Toks valgymo būdas vadinamas holofitinis. Būtina maistinių medžiagų patekimo į ląstelę sąlyga – jų tirpumas vandenyje ir maža vertė (t.y. baltymai turi būti hidrolizuoti iki aminorūgščių, angliavandeniai – į di- arba monosacharidus ir pan.).

Pagrindinis medžiagų patekimo į bakterijų ląstelę reguliatorius yra citoplazminė membrana. Yra keturi pagrindiniai medžiagų patekimo mechanizmai:

-pasyvi difuzija- pagal koncentracijos gradientą, imlus energijai, be substrato specifiškumo;

- palengvinta difuzija- pagal koncentracijos gradientą, specifinį substratą, daug energijos suvartojantį, atliekamą dalyvaujant specializuotiems baltymams permesti;

- aktyvus transportas prieš koncentracijos gradientą, substratui specifinės (specialūs rišamieji baltymai komplekse su permeazėmis), energiją vartojančios (dėl ATP), medžiagos į ląstelę patenka chemiškai nepakitusios;

- perkėlimas (grupės perkėlimas) - prieš koncentracijos gradientą, naudojant fosfotransferazės sistemą, energiją suvartojančios medžiagos (daugiausia cukrus) patenka į ląstelę forforilintos formos.

Pagrindiniai cheminiai elementai – organogenai būtini organinių junginių – anglies, azoto, vandenilio, deguonies – sintezei.

Maisto rūšys.Įvairios dietos prisideda prie plataus bakterijų plitimo. Mikrobams reikia anglies, deguonies, azoto, vandenilio, sieros, fosforo ir kitų elementų (organogenų).

Priklausomai nuo anglies šaltinio, bakterijos skirstomos į:

1) autotrofai (naudoti neorganines medžiagas – CO2);

2) heterotrofai;

3) metatrofai (naudojamos negyvosios gamtos organinės medžiagos);

4) paratrofai (naudojamos gyvosios gamtos organinės medžiagos).

Mitybos procesai turi užtikrinti bakterinės ląstelės energijos poreikius.

Pagal energijos šaltinius mikroorganizmai skirstomi į:

1) fototrofai (galintys naudoti saulės energiją);

2) chemotrofai (gauna energiją per redokso reakcijas);

3) chemolitotrofai (naudoti neorganinius junginius);

4) chemoorganotrofai (naudoti organines medžiagas).

Tarp bakterijų yra:

1) prototrofai (galintys patys susintetinti reikalingas medžiagas iš mažai organizuotų medžiagų);

2) auksotrofai (tai prototrofų, netekusių genų, mutantai; jie atsakingi už tam tikrų medžiagų – vitaminų, aminorūgščių – sintezę, todėl joms reikalingos šios medžiagos baigtos formos).

Mikroorganizmai maistines medžiagas pasisavina mažų molekulių pavidalu, todėl baltymai, polisacharidai ir kiti biopolimerai gali būti mitybos šaltiniai tik po to, kai egzofermentai juos suskaido į paprastesnius junginius.

Mikroorganizmų kvėpavimas.

Mikroorganizmai energiją gauna kvėpuodami. Kvėpavimas yra biologinis elektronų perdavimo kvėpavimo grandine procesas iš donorų į akceptorius, susidarant ATP. Priklausomai nuo to, kas yra galutinis elektronų akceptorius, yra aerobinis ir anaerobinis kvėpavimas. Aerobiniame kvėpavime galutinis elektronų akceptorius yra molekulinis deguonis (O 2), anaerobiniame – surištasis deguonis (-NO 3, =SO 4, =SO 3).

Aerobinio kvėpavimo vandenilio donoras H2O

Anaerobinis kvėpavimas

NO 3 oksidacija nitratais

(fakultatyvūs anaerobai) vandenilio donoras N 2

SO 4 oksidacija sulfatu

(privalomi anaerobai) vandenilio donoras H 2 S

Pagal kvėpavimo tipą išskiriamos keturios mikroorganizmų grupės.

1.Įpareigotas(griežtas) aerobai. Jiems kvėpuoti reikia molekulinio (atmosferos) deguonies.

2.Mikroaerofilai reikalauja mažesnės koncentracijos (mažo dalinio slėgio) laisvo deguonies. Norint sukurti tokias sąlygas, į auginimui skirtą dujų mišinį paprastai pridedama CO 2, pavyzdžiui, iki 10 procentų koncentracijos.

3.Fakultatyviniai anaerobai gali vartoti gliukozę ir daugintis aerobinėmis ir anaerobinėmis sąlygomis. Tarp jų yra mikroorganizmų, kurie yra tolerantiški santykinai aukštai (artimai atmosferinei) molekulinio deguonies koncentracijai – t.y. aerotolerantiškas,

taip pat mikroorganizmai, kurie tam tikromis sąlygomis gali pereiti nuo anaerobinio į aerobinį kvėpavimą.

4.Griežti anaerobai daugintis tik anaerobinėmis sąlygomis t.y. esant labai mažoms molekulinio deguonies koncentracijoms, kurios didelės koncentracijos yra jiems destruktyvios. Biochemiškai anaerobinis kvėpavimas vyksta pagal fermentacijos procesų tipą, molekulinis deguonis nenaudojamas.

Aerobinis kvėpavimas energetiškai efektyvesnis (sintetinama daugiau ATP).

Aerobinio kvėpavimo procese susidaro toksiški oksidacijos produktai (H 2 O 2 - vandenilio peroksidas, -O 2 - laisvieji deguonies radikalai), nuo kurių saugo specifiniai fermentai, pirmiausia katalazė, peroksidazė, peroksido dismutazė. Anaerobams trūksta šių fermentų redokso potencialo reguliavimo sistema (rH 2).

Bakterijų augimas ir dauginimasis

Bakterijų augimas – tai bakterijų ląstelių dydžio padidėjimas nedidinant individų skaičiaus populiacijoje.

Bakterijų dauginimasis yra procesas, užtikrinantis individų skaičiaus padidėjimą populiacijoje. Bakterijos pasižymi dideliu reprodukcijos greičiu.

Augimas visada vyksta prieš dauginimąsi. Bakterijos dauginasi skersinio dvejetainio dalijimosi būdu, kai iš vienos motininės ląstelės susidaro dvi vienodos dukterinės ląstelės.

Bakterijų ląstelių dalijimosi procesas prasideda nuo chromosomų DNR replikacijos. Chromosomos prisitvirtinimo prie citoplazminės membranos taške (replikatoriaus taškas) veikia baltymas iniciatorius, dėl kurio chromosomos žiedas nutrūksta, o vėliau įvyksta jo gijų despiralizacija. Siūlai išsivynioja, o antrasis siūlas prisitvirtina prie citoplazminės membranos pro-replikatoriaus taške, kuris yra diametraliai priešingas replikatoriaus taškui. Dėl DNR polimerazių išilgai matricos užpildoma tiksli kiekvienos grandinės kopija. Genetinės medžiagos padvigubėjimas yra signalas padvigubinti organelių skaičių. Pertvaros mezosomose statoma pertvara, dalijanti ląstelę pusiau. Dvigrandė DNR yra spiralizuota, susukama į žiedą prisijungimo prie citoplazminės membranos vietoje. Tai signalas ląstelėms pasklisti išilgai pertvaros. Susidaro du dukteriniai individai.

Bakterijų dauginimąsi lemia generacijos laikas. Tai laikotarpis, per kurį vyksta ląstelių dalijimasis. Genėjimo trukmė priklauso nuo bakterijų rūšies, amžiaus, maistinės terpės sudėties, temperatūros ir kt.

Kultūros žiniasklaida

Bakterijų auginimui naudojamos maistinės terpės, kurioms keliami keli reikalavimai.

1. Maistinė vertė. Bakterijose turi būti visų reikalingų maistinių medžiagų.

2. Izotoniškumas. Bakterijose turi būti druskų rinkinys, kad būtų palaikomas osmosinis slėgis, tam tikra natrio chlorido koncentracija.

3. Optimalus aplinkos pH (rūgštingumas). Aplinkos rūgštingumas užtikrina bakterijų fermentų funkcionavimą; daugumai bakterijų – 7,2–7,6.

4. Optimalus elektroninis potencialas, rodantis ištirpusio deguonies kiekį terpėje. Jis turėtų būti didelis aerobams ir žemas anaerobams.

5. Skaidrumas (pastebėtas bakterijų augimas, ypač skystoms terpėms).

6. Sterilumas (kitų bakterijų nebuvimas).

Kultūrinių terpių klasifikacija

1. Pagal kilmę:

1) natūralūs (pienas, želatina, bulvės ir kt.);

2) dirbtinės - terpės, paruoštos iš specialiai paruoštų natūralių komponentų (peptono, aminopeptido, mielių ekstrakto ir kt.);

3) sintetinė - žinomos sudėties terpė, pagaminta iš chemiškai grynų neorganinių ir organinių junginių (druskų, aminorūgščių, angliavandenių ir kt.).

2. Pagal sudėtį:

1) paprastas – mėsos ekstrakto agaras, mėsos ekstrakto sultinys, Hotingerio agaras ir kt.;

2) kompleksas - tai paprasti, pridedant papildomo maistinio komponento (kraujo, šokolado agaro): cukraus sultinio,

tulžies sultinys, išrūgų agaras, trynio-druskos agaras, Kitt-Tarozzi terpė, Wilson-Blair terpė ir kt.

3. Pagal nuoseklumą:

1) kietas (sudėtyje yra 3–5% agaro);

2) pusiau skystas (0,15-0,7% agaro-agaro);

3) skystas (neturi agaro-agaro).

agaras- Sudėtingos sudėties polisacharidas iš jūros dumblių, pagrindinis tankios (kietos) terpės kietiklis.

4. Priklausomai nuo PS paskirties, jie išskiriami:

Diferencinė diagnostika

Pasirenkamasis

Atrankinis

Slopinantis

Žiniasklaida kultūrai palaikyti

Kaupiamasis (sotumas, sodrinimas)

Konservantas

Testai.

Diferencialinės diagnostinės terpės yra sudėtingos terpės, kuriose skirtingų rūšių mikroorganizmai auga skirtingai, priklausomai nuo kultūros biocheminių savybių. Jie skirti mikroorganizmų rūšims identifikuoti ir plačiai naudojami klinikinėje bakteriologijoje bei genetiniuose tyrimuose.

Selektyvūs, slopinamieji ir pasirenkamieji PS yra skirti auginti griežtai apibrėžto tipo mikroorganizmus. Šios terpės skirtos bakterijoms išskirti iš mišrių populiacijų ir atskirti jas nuo panašių rūšių. Į jų sudėtį pridedamos įvairios medžiagos, kurios slopina kai kurių rūšių augimą ir neturi įtakos kitų augimui.

Terpė gali būti selektyvi dėl pH vertės. Pastaruoju metu antimikrobinės medžiagos, tokios kaip antibiotikai ir kitos chemoterapinės medžiagos, buvo naudojamos kaip medžiagos, suteikiančios terpei selektyvų pobūdį.

Selektyvūs PS buvo plačiai naudojami izoliuojant žarnyno infekcijų patogenus. Pridedant malachito ar briliantinės žalios, tulžies druskų (ypač natrio taurocholio rūgšties), daug natrio chlorido ar citrato druskų, Escherichia coli augimas slopinamas, tačiau nesutrikdomas patogeninių koliforminių bakterijų augimas. Kai kurios rinkimų laikmenos ruošiamos pridedant antibiotikų.

Kultūros palaikymo terpės suprojektuotos taip, kad jose nebūtų selektyvių medžiagų, kurios gali sukelti pasėlių kintamumą.

Kaupiamasis PS (sodrinimas, prisotinimas) – tai terpė, kurioje tam tikros rūšies pasėliai ar pasėlių grupės auga greičiau ir intensyviau nei lydinčios. Kultivuojant šiose terpėse, slopinančios medžiagos dažniausiai nenaudojamos, o, priešingai, sudaromos palankios sąlygos konkrečioms mišinyje esančioms rūšims. Kaupimo terpių pagrindas yra tulžis ir jos druskos, natrio tetrationatas, įvairūs dažikliai, selenito druskos, antibiotikai ir kt.

Pirminiam tiriamosios medžiagos sėjimui ir transportavimui naudojamos konservacinės terpės.

Taip pat yra kontrolinių PS, kurie naudojami stebėti sterilumą ir bendrą antibiotikų užterštumą bakterijomis.

5. Pagal maistinių medžiagų rinkinį išskiriami:

Minimalios terpės, kuriose yra tik pakankamai maisto šaltinių augimui;

Turtinga terpė, kurioje yra daug papildomų medžiagų.

6. Pagal naudojimo mastą PS skirstomi į:

> gamyba (technologinė);

> ribotos apimties mokslinių tyrimų aplinka.

Pramoninis PS turi būti prieinamas, ekonomiškas, patogus paruošti ir naudoti stambiam auginimui. Žiniasklaida moksliniams tyrimams, kaip taisyklė, yra sintetinė ir turtinga maistinių medžiagų.

Žaliavų parinkimas maistinių terpių statybai

PS kokybę daugiausia lemia maistinių substratų ir jiems paruošti naudojamų žaliavų sudėties išsamumas. Didelė žaliavų šaltinių rūšių įvairovė kelia nelengvą užduotį išsirinkti perspektyviausias, tinkamas statyti reikiamos kokybės PS. Lemiamą vaidmenį šiuo klausimu pirmiausia atlieka biocheminiai žaliavos sudėties rodikliai, nuo kurių priklauso jos apdorojimo būdo ir būdų pasirinkimas, siekiant kuo visapusiškiau ir efektyviau panaudoti žaliavos sudėtį. jame esančių maistinių medžiagų.

Norint gauti ypač vertingų savybių turintį PS, naudojami tradiciniai gyvūninės kilmės baltymų šaltiniai, būtent mėsos galvijai (galvijai), kazeinas, žuvis ir jos produktai. Labiausiai išvystyti ir plačiausiai naudojami PS yra tie, kurių pagrindas yra galvijų mėsa.

Atsižvelgiant į pastaruoju metu plačiai naudojamų Kaspijos šprotų trūkumą, žuvų mitybos pagrindams gauti imta naudoti pigesnius ir prieinamesnius žuvininkystės pramonės ne maisto produktus – sausus krilius, krilių mėsos perdirbimo atliekas, filėtą poloką ir jo. pernokę ikrai. Labiausiai paplitę yra žuvų pašarų miltai (ŽM), atitinkantys biologinės vertės, prieinamumo ir santykinio standarto reikalavimus.

PS kazeino pagrindu, kuriame yra visi piene esantys komponentai: riebalai, laktozė, vitaminai, fermentai ir druskos, yra gana plačiai paplitę. Tačiau reikia pastebėti, kad dėl pieno perdirbimo produktų brangimo, taip pat išaugus kazeino paklausai pasaulinėje rinkoje, jo naudojimas yra kiek ribotas.

Iš nemaistinių gyvulinės kilmės baltymų šaltinių, kaip žaliavos visaverčio PS statybai, būtina išskirti paskerstų gyvūnų kraują, kuriame gausu biologiškai aktyvių medžiagų ir mikroelementų bei kuriame yra ląstelių ir audinių apykaitos produktų. .

Ūkinių gyvūnų kraujo hidrolizatai naudojami kaip peptono pakaitalai diferencinės diagnostikos maistinėse terpėse.

Kitų rūšių baltymų turinčios gyvūninės kilmės žaliavos, kurios gali būti naudojamos PS statybai, yra: galvijų placenta ir blužnis, sausas baltymų koncentratas – mėsos atliekų perdirbimo produktas, odos apdirbimo metu gauta skiedinys, paukštienos embrionai – atliekos. vakcinų gamybos, kraujo pakaitalų su pasibaigusio galiojimo, varškės išrūgų, moliuskų ir irklakojų minkštųjų audinių.

Žadama panaudoti kailinių gyvūnų skerdenas iš kailių fermų, galvijų kraują, gautą mėsos kombinate, nugriebtą pieną ir išrūgas (grietinėlių atliekas).

Apskritai iš gyvulinės kilmės žaliavų paruoštas PS turi didelį pagrindinių maistinių komponentų kiekį, yra pilnavertis ir subalansuotas aminorūgščių sudėtimi, yra pakankamai gerai ištirtas.

Iš augalinės kilmės produktų kaip baltymų substratas PS gali būti naudojami kukurūzai, sojos pupelės, žirniai, bulvės, lubinai ir kt.. Tačiau augalinėje žemės ūkio žaliavoje yra baltymų, kurių nesubalansuota sudėtis priklauso nuo pasėlių augimo sąlygų, taip pat lipidų didesniais kiekiais nei gyvūninės kilmės produktai.

Plati grupė susideda iš PS, pagamintų iš mikrobinės kilmės baltymų žaliavų (mielių, bakterijų ir kt.). Mikroorganizmų, naudojamų kaip substratas ruošiant PS, aminorūgščių sudėtis buvo gerai ištirta, o naudojamų mikroorganizmų biomasė yra visavertė maistinės sudėties požiūriu ir jai būdingas padidėjęs lizino ir treonino kiekis.

Sukurta daugybė kombinuotos sudėties PS iš įvairios kilmės baltymų substratų. Tai apima kazeino mielių auginimo terpę, mėsos mielių auginimo terpę ir kt. Daugumos žinomų PS pagrindas yra kazeino, galvijų mėsos ir žuvies hidrolizatai (iki 80%).

Ne maisto žaliavų dalis PS statybos technologijoje yra tik 15% ir ateityje ją reikia didinti.

Ne maisto žaliavos, naudojamos maistinei bazei gauti (NB), turi atitikti tam tikrus reikalavimus, būtent:

^ visavertis (kiekybinė ir kokybinė žaliavų sudėtis turėtų iš esmės patenkinti mikroorganizmų ir ląstelių, kurioms sukurti PS, mitybos poreikius);

^ prieinamas (turėti gana didelę žaliavų bazę);

^ technologiškai pažangus (įvedimo į gamybą kaštai turi būti atliekami naudojant esamą įrangą arba esamą technologiją);

^ ekonomiškas (technologijos diegimo kaštai pereinant prie naujų žaliavų ir jas perdirbant neturėtų viršyti tikslinio produkto gavimo sąnaudų standartų);

^ standartinis (turi ilgą galiojimo laiką, nekeičiant fizikinių ir cheminių savybių ir maistinės vertės)

Periodinė elementų lentelė

Serijinė auginimo sistema – tai sistema, kurioje į maistinę terpę įvedus bakterijas (sėjimo), nededama arba nepašalinama jokių komponentų, išskyrus dujinę fazę. Iš to išplaukia, kad periodinė sistema gali palaikyti ląstelių dauginimąsi ribotą laiką, per kurį maistinės terpės sudėtis keičiasi iš palankios (optimalios) joms augti į nepalankią iki visiško ląstelių augimo nutraukimo.

Bendrojo dirvožemio mikrofloros biocheminio aktyvumo nustatymo metodai

Mikrobų ląstelių organizavimo charakteristikos

Mikroorganizmų vaidmuo gamtoje ir žemės ūkyje

Platus mikroorganizmų paplitimas rodo didžiulį jų vaidmenį gamtoje. Joms dalyvaujant, dirvožemyje ir vandens telkiniuose skyla įvairios organinės medžiagos, jos lemia medžiagų ir energijos cirkuliaciją gamtoje; Nuo jų veiklos priklauso dirvožemio derlingumas, anglies, naftos ir daugelio kitų mineralų susidarymas. Mikroorganizmai dalyvauja uolienų atmosferoje ir kituose natūraliuose procesuose.

Pramoninėje ir žemės ūkio gamyboje naudojama daug mikroorganizmų. Taigi kepimas, raugintų pieno produktų gamyba, vyndarystė, vitaminų, fermentų, maisto ir pašarų baltymų, organinių rūgščių ir daugelio žemės ūkyje, pramonėje ir medicinoje naudojamų medžiagų gamyba remiasi įvairių mikroorganizmų veikla. Ypač svarbus mikroorganizmų panaudojimas augalininkystėje ir gyvulininkystėje. Nuo jų priklauso dirvožemio praturtinimas azotu, augalų kenkėjų kontrolė mikrobiniais preparatais, tinkamas pašarų paruošimas ir laikymas, pašarų baltymų, antibiotikų ir mikrobinės kilmės medžiagų, skirtų gyvulių šėrimui, susidarymas.

Mikroorganizmai teigiamai veikia nenatūralios kilmės medžiagų – ksenobiotikų, dirbtinai susintetintų, patenkančių į dirvožemį ir vandens telkinius bei juos teršiančių, irimo procesus.

Kartu su naudingaisiais mikroorganizmais yra didelė grupė vadinamųjų patogeninių, arba patogeninių, mikroorganizmų, sukeliančių įvairias ūkio gyvūnų, augalų, vabzdžių ir žmonių ligas. Dėl jų gyvybinės veiklos kyla žmonių ir gyvūnų infekcinių ligų epidemijos, kurios turi įtakos ekonomikos vystymuisi ir visuomenės gamybinėms jėgoms.

Naujausi moksliniai duomenys ne tik gerokai praplėtė supratimą apie dirvožemio mikroorganizmus ir jų sukeliamus procesus aplinkoje, bet ir leido sukurti naujus pramonės ir žemės ūkio gamybos sektorius. Pavyzdžiui, atrasti dirvožemio mikroorganizmų išskiriami antibiotikai, įrodyta galimybė juos panaudoti žmonių, gyvūnų ir augalų gydymui bei žemės ūkio produktų laikymui. Atrastas dirvožemio mikroorganizmų gebėjimas formuoti biologiškai aktyvias medžiagas: vitaminus, aminorūgštis, augalų augimo stimuliatorius – augimo medžiagas ir kt. Buvo rasta būdų, kaip panaudoti mikroorganizmų baltymus ūkio gyvuliams šerti. Išskirti mikrobiniai preparatai, kurie pagerina azoto tiekimą iš oro į dirvą.

Naujų metodų, kaip gauti paveldimas modifikuotas naudingųjų mikroorganizmų formas, atradimas suteikė galimybę plačiau panaudoti mikroorganizmus žemės ūkio ir pramonės gamyboje, taip pat medicinoje. Ypač daug žada genetinės arba genetinės inžinerijos plėtra. Jos pasiekimai užtikrino biotechnologijų vystymąsi, labai produktyvių mikroorganizmų, sintezuojančių baltymus, fermentus, vitaminus, antibiotikus, augimo medžiagas ir kitus gyvulininkystei bei augalininkystei reikalingus produktus, atsiradimą.

Žmonija visada kontaktavo su mikroorganizmais, tūkstantmečius to net nesuvokdama. Nuo neatmenamų laikų žmonės stebėjo tešlos rūgimą, ruošia alkoholinius gėrimus, raugintą pieną, gamino sūrius, sirgo įvairiomis ligomis, įskaitant epidemines. Pastarojo įrodymai biblinėse knygose rodo plačiai paplitusią ligą (tikriausiai marą) su rekomendacijomis deginti lavonus ir apsiprausti.

Pagal šiuo metu priimtą klasifikaciją mikroorganizmai pagal mitybos tipą skirstomi į keletą grupių, priklausomai nuo energijos šaltinių ir anglies suvartojimo. Taigi yra fototrofų, kurie naudoja saulės šviesos energiją, ir chemotrofų, kuriems įvairios organinės ir neorganinės medžiagos tarnauja kaip energetinė medžiaga.

Priklausomai nuo to, kokia forma mikroorganizmai gauna anglies iš aplinkos, jie skirstomi į dvi grupes: autotrofinius („maitina save“), naudojantys anglies dioksidą kaip vienintelį anglies šaltinį, ir heterotrofinius („maitinasi kitų sąskaita“). , gaunanti anglį gana sudėtingų redukuotų organinių junginių sudėtyje.

Taigi pagal energijos ir anglies gavimo būdą mikroorganizmus galima skirstyti į fotoautotrofus, fotoheterotrofus, chemoautotrofus ir chemoheterotrofus. Grupėje, atsižvelgiant į oksiduoto substrato pobūdį, vadinamą elektronų donoru (H-donoru), savo ruožtu yra organotrofų, kurie sunaudoja energiją organinių medžiagų irimo metu, ir litotrofų (iš graikų lithos - akmuo), kurie energiją gauna oksiduodami neorganines medžiagas . Todėl, atsižvelgiant į mikroorganizmų naudojamą energijos šaltinį ir elektronų donorą, reikėtų skirti fotoorganotrofus, fotolitotrofus, chemoorganotrofus ir chemolitotrofus. Taigi yra aštuoni galimi mitybos tipai.

Kiekviena mikroorganizmų grupė turi tam tikrą mitybos tipą. Žemiau pateikiamas dažniausiai pasitaikančių mitybos tipų aprašymas ir trumpas jas vykdančių mikroorganizmų sąrašas.

Fototrofijoje energijos šaltinis yra saulės šviesa. Fotolitoautotrofija – tai mitybos rūšis, būdinga mikroorganizmams, kurie naudoja šviesos energiją ląstelių medžiagoms sintetinti iš C0 2 ir neorganinių junginių (H 2 0, H 2 S, S°), t.y. vykdanti fotosintezę. Šiai grupei priklauso cianobakterijos, purpurinės sieros bakterijos ir žaliosios sieros bakterijos.

Cianobakterijos (Cyanobacteria1es grupė), kaip ir žali augalai, fotocheminiu būdu, naudojant vandenilį iš vandens, redukuoja CO2 į organines medžiagas:

C0 2 + H 2 0 šviesa-› (CH 2 O) * + O 2

Purpurinės sieros bakterijos (Chromatiaceae šeima) turi bakteriochlorofilų a ir b, kurie lemia šių mikroorganizmų gebėjimą fotosintezuoti, bei įvairių karotinoidinių pigmentų.

Kad atkurtų CO2 į organines medžiagas, šios grupės bakterijos naudoja vandenilį, kuris yra H25 dalis.Šiuo atveju sieros granulės kaupiasi citoplazmoje, kuri vėliau oksiduojama iki sieros rūgšties:

С0 2 + 2Н 2 S šviesa-› (СH 2 O) + Н 2 + 2S

3CO 2 + 2S + 5H 2 O šviesa-› 3 (CH 2 0) + 2H 2 S0 4

Violetinės sieros bakterijos dažniausiai yra privalomi anaerobai.

Žaliosios sieros bakterijos (Chlorobiaceae šeima) turi žaliųjų bakteriochlorofilų, o nedideliais kiekiais – bakteriochlorofilo, taip pat įvairių karotinoidų. Kaip ir purpurinės sieros bakterijos, jos yra griežti anaerobai ir fotosintezės metu gali oksiduoti sieros vandenilį, sulfidus ir sulfitus, kaupti sierą, kuri daugeliu atvejų oksiduojasi iki 50^"2.

Fotoorganoheterotrofija – tai mikroorganizmams būdinga mitybos rūšis, kuri, be fotosintezės, energijai gauti gali naudoti ir paprastus organinius junginius. Šiai grupei priklauso purpurinės nesierinės bakterijos.

Violetinės nesierinės bakterijos (Rhjdospirillaceae šeima) turi bakteriochlorofilų a ir b, taip pat įvairių karotinoidų. Jie nesugeba oksiduoti sieros vandenilio (H 2 S), kaupti sierą ir išleisti ją į aplinką.

Chemotrofijoje energijos šaltinis yra neorganiniai ir organiniai junginiai. Chemolitoautotrofija yra mitybos rūšis, būdinga mikroorganizmams, kurie energiją gauna oksiduodami neorganinius junginius, tokius kaip H 2, NH 4 +, N0 2 -, Fe 2+, H 2 S, S°, S03 2 -, S 2 03 2- , CO ir tt Pats oksidacijos procesas vadinamas chemosinteze. Anglis visų chemolitoautotrofinių ląstelių komponentų statybai gaunama iš anglies dioksido.

Chemosintezė mikroorganizmuose (geležies bakterijose ir nitrifikuojančiose bakterijose) buvo aptikta 1887-1890 m. garsus Rusijos mikrobiologas S.N. Vinogradskis. Chemolitoautotrofiją vykdo nitrifikuojančios bakterijos (oksiduoja amoniaką ar nitritus), sieros bakterijos (oksiduoja vandenilio sulfidą, elementinę sierą ir kai kuriuos paprastus neorganinius sieros junginius), bakterijos, oksiduojančios vandenilį į vandenį, geležies bakterijos, galinčios oksiduoti dvivalečius geležies junginius ir kt.

Įspūdį apie energijos kiekį, gautą šių bakterijų sukeltų chemolitoautotrofijos procesų metu, suteikia šios reakcijos:

NH3 + 11/2 0 2 - HN0 2 + H 2 0 + 2,8 10 5 J

HN0 2 + 1/2 0 2 - HN0 3 + 0,7 105 J

H 2 S + 1/2 0 2 - S + H 2 0 + 1,7 10 5 J

S + 11/2 0 2 - H 2 S0 4 + 5,0 10 5 J

H 2 + 1/ 2 0 2 - H 2 0 + 2,3 10 5 J

2FeC0 3 + 1/2 0 2 + ZN 2 0 - 2Fe (OH) 3 + 2C0 2 + 1,7 10 5 J

Chemoorganoheterotrofija yra mitybos rūšis, būdinga mikroorganizmams, kurie iš organinių junginių gauna reikiamą energiją ir anglį. Tarp šių mikroorganizmų yra daug aerobinių ir anaerobinių rūšių, gyvenančių dirvožemyje ir kituose substratuose.