Слайд 1ФИЗИОЛОГИЯ БАКТЕРИЙ
М.Р. Карпова
Слайд 2Физиология микроорганизмов – раздел микробиологии, изучающий жизнедеятельность микробов, процессы их
питания, обмена, дыхания, роста, размножения, закономерности взаимодействия с окружающей средой.
Обеспечение
жизненных
функций
Слайд 3Значение физиологии микроорганизмов
Физиологические и биохимические особенности микроорганизмов положены в основу
их систематики.
Важны для изучения механизмов патогенного действия, культивирования, дифференцировки и
идентификации отдельных микроорганизмов.
Для разработки биотехнологии производства вакцин, антибиотиков и других биологически активных продуктов.
Для понимания патогенеза, постановки микробиологического диагноза, проведения лечения и профилактики инфекционных заболеваний, регуляции взаимоотношений человека с окружающей средой и т.д.
Слайд 4Химический состав микроорганизмов
вода (до 80% массы),
белки,
нуклеиновые кислоты,
углеводы,
липиды,
минеральные вещества (цинк, медь, кобальт, барий, марганец и др.).
Слайд 5Классификация микроорганизмов по типу питания
Слайд 6Механизмы проникновения питательных веществ в бактериальную клетку
Пассивная диффузия: перемещение веществ
происходит по градиенту концентрации, без затраты энергии (органические молекулы, лекарственные
препараты, H2O, O2, CO2, N2).
Облегченная диффузия происходит также по градиенту концентрации, без затраты энергии. С помощью молекул-переносчиков, пермеаз.
Активный транспорт происходит с затратой метаболической энергии – АТФ.
Транслокация (перенос) групп
является активным транспортом при
участии мембранных белков-
транслоказ и фосфорилировании
переносимой молекулы в процессе
ее прохождения через мембрану
(глюкоза).
Слайд 7Пути выхода соединений из бактериальной клетки
Фосфотрансферазная реакция. Происходит при фосфорилировании
переносимой молекулы.
Контрансляционная секреция. Синтезируемые молекулы должны иметь особую лидирующую последовательность
аминокислот, чтобы прикрепиться к мембране и сформировать канал, через который молекулы белка смогут выйти в окружающую среду. Токсины столбняка, дифтерии и другие молекулы.
Почкование мембраны. Молекулы, образующиеся в клетке, окружаются мембранным пузырьком, который отшнуровывается в окружающую среду.
Слайд 8Дыхание бактерий
Аэробное дыхание: акцептором водорода или электронов служит молекулярный
кислород.
Анаэробное: акцептором служат нитрат, сульфат, фумарат.
Брожение: донорами и акцепторами
водорода являются органические соединения. По конечному продукту расщепления углеводов различают спиртовое, молочнокислое, уксуснокислое и другие виды брожения.
Слайд 9По отношению к молекулярному кислороду
Облигатные аэробы.
Микроаэрофилы – от 0,01
до 0,03 бар парциального давления кислорода (в воздухе 0,20 бар).
Облигатные анаэробы (клостридии ботулизма, газовой гангрены, столбняка, бактероиды и др.) растут на среде без кислорода, не образуют каталазу, пероксидазу и супероксиддисмутазу.
Факультативные анаэробы способны переключаться с дыхания в присутствии молекулярного кислорода на брожение в отсутствие молекулярного кислорода (Enterobacteriaceae).
Аэротолерантные бактерии (молочнокислые бактерии).
Слайд 10Размножение бактерий
Бактерии размножаются бинарным делением, реже почкованием, актиномицеты – спорами
и фрагментацией.
Грамотрицательные бактерии делятся путем перетяжки.
Грамположительные бактерии делятся
путем врастания синтезирующихся перегородок деления внутрь клетки.
Слайд 12Классификация питательных сред
по природе – естественные и искусственные питательные
среды;
по консистенции – плотные, полужидкие и жидкие;
по составу –
простые, сложные;
по назначению – специальные, элективные и дифференциально-диагностические.
Слайд 13Условия культивирования
Различные группы микроорганизмов размножаются при определенных диапазонах температур. Бактерии,
растущие при низких температурах, называются психофилами, при средних (около 370С)
– мезофилами, при высоких – термофилами.
Слайд 14Условия культивирования
рН – большинство растет при рН 7, многие бактерии
растут в пределах от 6 до 9.
Относительная влажность. Микроорганизмы
способны расти при относительной влажности от 0,998 до 0,6. Для большинства – превышает 0,98.
Для облигатных аэробов в необходим молекулярный кислород. Увеличение поверхности раздела:
1) культивирование в тонком слое;
2) перемешивание жидкости путем встряхивания;
3) вращение лежащих сосудов вокруг продольной оси;
4) пропускание воздуха через жидкость под давлением и др.
При выращивании строго анаэробных культур бактерий необходимо исключить доступ кислорода.
Слайд 15Методы промышленного культивирования бактерий
Биореакторы (ферментеры).
В качестве питательных сред
используют дешевое, сырье (рыбно-костную муку, отходы сахарного производства, дрожжевой экстракт).
Из
1 т культуры за это время получается примерно 50 кг биомассы.
Высокопродуктивные промышленные штаммы микроорганизмов.
Из культуральной жидкости выделяют и концентрируют биомассу бактерий с помощью различных методов (сепарирование, центрифугирование, седиментация, выпаривание, ультрафильтрация, хроматография).
Слайд 16Особенности культивирования риккетсий и хламидий
Риккетсии и хламидии – облигатные внутриклеточные
паразиты.
Для их культивирования применяют куриные эмбрионы, культуры клеток и чувствительных
животных.
Риккетсии можно культивировать путем инфицирования ими переносчиков возбудителя инфекций – вшей, блох, клещей.
Слайд 17Особенности культивирования микоплазм
Факультативные анаэробы.
В питательные среды добавляют: сыворотку, холестерин,
нуклеиновые кислоты, углеводы, витамины и различные соли.
На плотных средах на
5-7 сутки образуют мелкие колонии – «яичница глазунья».
На жидких средах дают очень незначительное помутнение или опалесценцию; некоторые – тончайшую жирную пленку. Чаще всего рост наблюдается у стенок и на дне сосуда.
Для первичного выделения также пригодны куриные эмбрионы и культуры клеток.
Слайд 18Особенности культивирования спирохет
Спирохеты хемоорганотрофы, среди них есть аэробные, факультативно анаэробные
и облигатно анаэробные бактерии.
Treponema pallidum – чрезвычайно прихотлива и
практически не растет на искусственных питательных средах.
Боррелии – строгие анаэробы, растут при температуре 20-37 0С (оптимум 28-30 0С) на средах, дополненных животными белками, и на куриных эмбрионах. 2-3 нед.
Лептоспиры – хемоорганотрофы, строгие анаэробы, растут при 28-30 0С, рН 7,2-7,4 на жидких и полужидких средах с добавлением сыворотки кролика, рост наблюдается на 5-8 сут инкубирования (иногда на 21-25 сут).
Слайд 19Особенности физиологии грибков
Грибки – гетеротрофы, аэробы и факультативные анаэробы. Растут
в широких диапазонах температур (оптимальная температура 25-30 0С).
Грибки культивируют
в течение нескольких суток на сусле-агаре или жидком сусле, среде Сабуро, Чапека и др.
Слайд 20Особенности физиологии простейших
Простейшие по типу питания могут быть гетеротрофами или
аутотрофами.
Многие простейшие (дизентерийная амеба, лямблии, трихомонады, лейшмании, балантидии) могут
расти на питательных средах, содержащих нативные белки и аминокислоты.
Для их культивирования используются также культуры клеток, куриные эмбрионы и лабораторных животных.
Слайд 21Ферменты микроорганизмов
оксидоредуктазы – окислительно-восстановительные ферменты (к ним относятся дегидрогеназы,
оксидазы и др.);
трансферазы, переносящие отдельные радикалы и атомы от одних
соединений к другим;
гидролазы, ускоряющие реакции гидролиза, т.е. расщепление веществ на более простые с присоединением молекулы воды (эстеразы, фосфатазы, глюкозидазы и др.);
лиазы, отщепляющие от субстрата химические группы негидролитическим путем (карбоксилазы и др.);
изомеразы, превращающие органические соединения в их изомеры (фосфогексоизомераза и др.);
лигазы, или синтетазы, ускоряющие синтез сложных соединений из более простых (аспарагинсинтетаза, глутаминсинтетаза и др.).
Слайд 22Ферменты микроорганизмов
Эндоферменты и экзоферменты. Внутриклеточные ферменты, объединенные структурно и функционально,
составляют мультиферментные комплексы, например ферменты дыхательной цепи, локализованные на ЦПМ.
Конститутивные
и индуцибельные (адаптивные) ферменты.
Ферменты агрессии разрушают ткань и клетки (гиалуронидаза, коллагеназа, ДНКаза, нейраминидаза, лецитовителлаза и др.).
Гликолитические ферменты. Микроорганизмы могут расщеплять углеводы до кислоты или до кислоты и газа. Эти конечные продукты и определяют при помощи дифференциально-диагностических сред.
Протеолитические ферменты бактерий определяют по разжижению желатина и продуктам разложения белка (аминокислот) – индола, сероводорода, аммиака.
Слайд 23Методы выделения чистых культур бактерий
Посев в среду накопления.
Посев на
плотную среду для выделения чистой культуры одним из методов:
посев петлей
штрихом;
посев по Дригальскому;
посев различных серийных разведений.
Слайд 24Методы выделения чистых культур бактерий
Пересев изолированной колонии на скошенный агар
(чистая культура).
Слайд 25Методы выделения чистых культур бактерий
Изучение морфологических, тинкториальных, культуральных свойств чистой
культуры.
Пересев чистой культуры на дифференциально-диагностические среды для изучения биохимических свойств.
Определение
других свойств (антигенных, вирулентных), чувствительности к бактериофагам.
Определение чувствительности к антибиотикам.