ТЕМА: Физиология микроорганизмов. Важнейшие микробиологические процессы

типу питания
Дыхание микроорганизмов.
Брожение.

размножения
взаимодействия с окружающей средой

инф.заболеваний
регуляции взаимоотношений человека с окружающей средой

раза
В США врачебные ошибки занимают 5 место среди причин смерти
Причины

врачебных ошибок:
1) плохо собранный анамнез – 23%
2) недостатки в клиническом обследовании - 20,3%
3) недостатки в леч.-профилактических мероприятиях – 19%


«Если троечник средствами своей профессии не может заработать себе на хлеб, не выписывай ему диплом»
слова Олега Табакова на выпуске актеров

быстрым размножением
высокой приспособляемостью и устойчивостью ко многим факторам окружающей

среды

Метаболизм

– совокупность ферментативных процессов, протекающих в клетке и обеспечивающих её энергетические и биосинтетические потребности.

Энергетический метаболизм (катаболизм) – поток реакций, сопровождающийся мобилизацией энергии и преобразованием её в электрохимическую или химическую форму, которая затем используется во всех энергозависимых процессах.

Конструктивный метаболизм (биосинтез, анаболизм)
– поток реакций, в результате которых за счет поступающих извне веществ строится вещество клетки и при этом используется запасённая клеткой энергия.

веществ, поступивших в них различными путями, в биосинтезе химических соединений.

Реакции биосинтеза чаще всего имеют восстановительный характер.

СТРОИТЕЛЬНЫЙ ОБМЕН

и
диаминопимелиновая кислота (ДАП)
отсутствующая в клетках человека и животных

Внутриклеточное осмотическое давление(в 2 раза ниже, чем у клеток высших

животных)

Проницаемость (при 0,3-0,5% NaCl, но могут жить и расти в Н2О, а в гипертоническом растворе NaCl или сахара – происходит плазмолиз и гибель, хотя стафилококк выдерживает высокую концентрацию соли)

Заряд (отрицательный в нейтральной среде)
рН=7,0 (близко к нейтральному или слобощелочному - 7,2-7,4, но холерный вибрион щелочелюбив)

относят 10 химических элементов: углерод, водород, кислород, азот, серу, калий,

кальций, фосфор, магний, железо.
Микроэлементы нужны бактериям в очень малых количествах, они представлены марганцем, молибденом, цинком, медью, кобальтом, никелем, хлором, бромом и другими металлами и неметаллами.

автотрофы или органотрофы и гетеротрофы (литотрофы)
Бактерии - автотрофы способны получать

энергию путем окисления неорганических соединений, они, как правило, используют СО2 как основной источник, содержащий углерод в наиболее окисленной форме.

Бактерии - гетеротрофы получают углерод из органических соединений. Источником углерода могут быть разные органические соединения – спирты, углеводы, ароматические соединения, органические кислоты.
Гетеротрофы делят на сапрофитов, живущих за счет органических соединений, поступающих в бактериальную клетку из внешней среды и паразитов (паратрофов), способных утилизировать только продукты метаболизма внутри живой клетки. Паразитизм может быть факультативным и абсолютным или облигатным.

то, что источник углерода у них является источником энергии. 

состав органических соединений или солей в разной степени восстановления (соли

аммония, нитраты или аминокислоты и продукты неполного расщепления белков животного происхождения - гидролизаты, пептоны и сложные белковые смеси – нативную сыворотку животных, асцитическую жидкость и др.)
Кроме углерода, азота и других химических элементов, многие бактерии нуждаются в факторах роста.

могут синтезировать самостоятельно из используемого источника углерода. К ним относятся

аминокислоты, пурины, пиримидины, витамины и др. Такие вещества добавляют в питательные среды в готовом виде в небольших количествах.

Микроорганизмы, которым в дополнение к основному источнику углерода необходимы факторы роста, называются ауксотрофы.

Микроорганизмы, которые синтезируют все необходимые органические соединения из основного источника углерода самостоятельно, называются прототрофы.

органические соединения
В зависимости

от донора электронов

По источнику энергии

Литотрофы Органотрофы

Фототрофы Хемотрофы
свет Энергия химических связей

питаются мертвым органическим материалом и независимы от других организмов

получают питательные вещества от макроорганизма

в доступное состояние с помощью органических кислот, выделяемых за пределы

клетки, и ферментов.

живых существ и способные во много раз ускорять течение биохимических

и химических реакций, не входя в состав конечных продуктов.

клеткой в окружающую среду, расщепляя макромолекулы питательных субстратов до простых

соединений, которые усваиваются клеткой.
Могут инактивировать антибиотики (пенициллиназа и др.), выполняя защитную функцию.
Различают:
● конститутивные ферменты - синтезируются непрерывно, независимо от наличия в питательной среде соответствующего субстрата;
● индуцибельные (адаптивные) ферменты - синтезируются только при наличии в среде субстрата данного фермента (например, β-галактозидаза кишечной палочкой на среде с глюкозой практически не образуется, но увеличивается при выращивании палочек на среде с лактозой).

образуют коллоидные растворы, которые не проникают в клетку.
В таком

случае клеточные экзоферменты, которые выделяются в окружающую среду, вызывают гидролиз этих субстанций, расщепляя их к более простым и мелким молекулам и переводя в растворимое состояние.

на основании типа катализируемой реакции.
В принятой классификации все ферменты на

основании катализируемых реакций разделены на шесть классов, расположенных в следующем порядке: 1) оксидоредуктазы, 2) трансферазы, 3) гидролазы, 4) лиазы, 5) изомеразы, 6) лигазы (синтетазы).

атом водорода и обеспечивая связывание его молекулярным кислородом.
Трансферазы катализируют

перенос определенных атомов или их групп от одной молекулы к другой.
Гидролазы разрушают связи между атомами углерода и атомом кислорода, азота, серы и пр. и одновременно связывают молекулы воды.

состав клетки определяется геномом и является достаточно постоянным признаком.
Знание

биохимических свойств микроорганизмов позволяет идентифицировать их по набору ферментов

плотные Клиглера, Ресселя, Эндо и пр..
В основе сложные и простые

сахара и индикатор .

Принцип:

Основные продукты ферментирования углеводов - кислота, газ.
Свойство одних бактерий расщеплять данный углевод и его отсуствие у сравниваемых бактерий является дифференциальным признаком.

Углевод среды

Кислые продукты распада углевода

Микробные ферменты
индикатор

бактерий утилизировать соответствующие субстраты. Углеводы (например, сахароза, лактоза, арабиноза) или

многоатомные спирты (сорбитол, маннитол, инозитол) могут подвергаться брожению с образованием в качестве конечных продуктов органических кислот. Поэтому их использование в энергетическом метаболизме приводит к закислению среды.
Другие субстраты (лимонная кислота, мочевина, аргинин, орнитин, лизин), напротив, могут вызывать защелачивание питательной среды при их расщеплении бактериями. Соответствующие изменения pH приводят к изменению цвета добавленного в среду вещества-индикатора.

МПА
Углевода (УВ) (лактозы, маннита и др.) и
индикатора, меняющего цвет

при
расщеплении углевода с образованием кислоты
Регистрация на среде проводится по конечным продуктам распада УВ (кислота и газ)

представителей семейства Enterobacteriaceae, к которому относятся бактерии родов Escherichia, Shigella,

Salmonella, Yersinia.
Состав: мясопептонный агар, лактоза,фуксин,сульфит натрия (Na2SO3).
Принцип действия: фуксин обесцвечивается сульфитом натрия и образуется бесцветная фуксинсернистая кислота (реактив Шиффа)-
Лактоза в составе среды может сбраживаться многими представителями Enterobacteriaceae до муравьиной кислоты, которая реагирует с реактивом Шиффа, что приводит к высвобождению фуксина, в результате чего колонии и среда вокруг них окрашиваются в малиново-красный цвет с металлическим блеском или без него.
Исходный цвет среды – бледно-розовый лактозо-негативные (не сбраживающие лактозу) бактерии образуют на ней прозрачные колонии, лактозо-позитивные - пурпурные с металлическим блеском.

рН
Бактерии, расщепляющие лактозу
с кислотообразованием – лак «+» (E.coli)

образуют колонии красного цвета
с металлическим блеском на среде Эндо
Бактерии, не расщепляющие лактозу
лак «-»(сальмонеллы, шигеллы), образуют неокрашенные колонии на среде Эндо

аналог среды Эндо
вместо фуксинсернистой кислоты содержит красители эозин

и метиленовый синий (ингибирует рост коккоковой флоры - Гр+), формирующие темный осадок с металлическим блеском при снижении pH вокруг
лактозо-позитивных колоний

сальмонелл.
Пептический перевар животной ткани и мясной экстракт служат источником

азотистых питательных веществ, углерода, серы, витаминов группы В и микроэлементов, необходимых для роста указанных бактерий.
Бриллиантовый зеленый подавляет рост всех грамположительных бактерий. Глюкоза является ферментируемым углеводом. Сульфат железа позволяет выявить продукцию сероводорода.
Висмут является тяжелым металлом, который подавляет рост большинства грамотрицательных кишечных бактерий, кроме сальмонелл.
Сальмонеллы восстанавливают сульфат железа в присутствии глюкозы и сульфита висмута до сульфида железа, который окрашивает их колонии в черный цвет.

Состав (г/л):
Пептический перевар животной ткани 10,00
Мясной экстракт 5,00
Глюкоза 5,00
Натрия гидрофосфат 4,00
Железа сульфат 0,30
Висмута сульфит, индикатор 8,00
Бриллиантовый зеленый 0,025
Агар-агар 20,00
Конечное значение рН (при 25°С) 7,7 ± 0,2

белка (МПБ, пептонная вода) с индикаторными бумажками пропитанными растворами реактива.

высокомолекулярные пептоны и полипептиды.
Далее АК
Изучают в столбике желатина в пробирке.

сводится к повышению проницаемости тканей. Кожа, подкожная клетчатка и межмыщечная

клетчатка содержат мукоподисахариды и гиалуроновую кислоту, которые замедляют проникно­вение через эти ткани чужеродных веществ, даже в жидком состоянии.

Нейраминидаза отщепляет от различных углеводов свя­занные с ними гликозадной связью концевые сиаловые кисло­ты, которые деполимеризуют соответствующие поверхностные структуры эпителиальных и других клеток организма, разжижают носовой секрет и муцинозный слой кишечника.

круговороте веществ в природе- микроорганизмы - прекрасные санитары окружающей среды.

Кисломолочные продукты - кефир, йогурт, простокваша, кумыс - также продукты деятельности бактерий брожения.
Стрептокиназа…
Синтез витаминов в кишечнике.
Способ идентификации М О в микробиологии.
Факторы агрессии МО.

извне через цитоплазматическую мембрану, при этом, клеточная стенка не служит

препятствием для прохождения ионов и мелких молекул.


Мембранные белки - пермеазы и транслоказы осуществляют транспортную функцию.

внутри бактериальной клетки и внешне одинаков. Она происходит пассивно, потому

что не требует затрат энергии.

При облегченной диффузии в клетку проникают те молекулы, концентрация которых в цитоплазме ниже, чем в окружающей среде. Этот процесс осуществляется благодаря субстрат-специфической пермеазе.
Активный транспорт

этом затрачивается энергия, а проникшие в клетку вещества накапливаются в

ней.
Молекулы, проникшие в клетку путем активного транспорта через мембрану, претерпевают химические превращения, например, фосфорилирование.

активного транспорта.

Этот процесс происходит за счет энергии, которую генерирует

клетка, потому возможный перенос и против градиента концентрации вещества.

Если этому процессу предшествует определенная химическая модификация молекулы, его называют транслокацией химических групп.

(углеводов, жиров и других соединений) энергии, которая направляется на физиологические

нужды микроорганизмов.

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ОБМЕН

группы: хемотрофы и фототрофы.

Хемотрофы используют энергию окисления различных соединений.

процессов: брожения и дыхания, связанных с образованием аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ).

можно представить следующим образом
Должен существовать энергетический ресурс - исходный субстрат
С

помощью ферментных систем организм извлекает энергию из этого субстрата в реакциях его ступенчатого окисления

путь,
путь Энтнера-Дудорова
цикл трикарбоновых кислот (ЦТК)

отдельного транспорта протонов и электронов: протоны при этом выделяются в

окружающую среду, а электроны передаются на соответствующие молекулы- акцепторы.

На протяжении своей эволюции бактерии произвели три способа получения энергии: брожение, дыхание и фотосинтез.

с образованием молекул АТФ, то есть сопровождается накоплением энергии.
Во

время этого процесса одни вещества (органические и неорганические соединения) служат донорами электронов и при этом окисляются,

акцепторами электронов выступают неорганические соединения, они возобновляются.

через ряд последовательно функционирующих переносчиков, встроенных в мембрану – дыхательную

электронотранспортную цепь.

Локализованная в мембране АТФсинтаза катализирует реакции синтеза и гидролиза АТФ.

Имеет непостоянный состав переносчиков ( возможна замена одних переносчиков другими;

добавление или удаление, например , цитохрома с)
Может иметь вместо кислорода другие конечные акцепторы электронов.

- неорганические сульфаты, нитраты, карбонаты.

и анаэробных бактерий – в конечном акцепторе электрона

группы:
● Облигатные (обязательные) аэробы могут расти только при наличии

кислорода и образуют перекисные радикалы кислорода: перекись водорода и супероксид-анион кислорода, которые инактивируют соответствующими ферментами: каталазой, пероксидазой и супероксиддисмутазой.
● Облигатные анаэробы растут без кислорода, который для них токсичен (клостридии ботулизма, газовой гангрены, столбняка, бактероиды). Перекисные радикалы кислорода токсичны для анаэробов, которые не образуют инактивирующие ферменты или эти ферменты не активны.
Факультативные анаэробы растут как при наличии, так и отсутствии кислорода. В присутствии молекулярного кислорода они способны переключаться с дыхания на брожение.
● В отсутствие молекулярного кислорода факультативные анаэробы способны к анаэробному дыханию, называемому нитратным: нитрат, являющийся акцептором водорода, восстанавливается до молекулярного азота и аммиака.
Микроаэрофилы нуждаются в значительно меньшем количестве кислорода, его высокая концентрация хотя и не убивает бактерии, но задерживает их рост(Helicobacter pylori), некоторые микробы нуждаются в повышенном содержании углекислого газа (капнофилы- Neisseria)


● Среди облигатных анаэробов выделяют аэротолерантные бактерии, которые растут при наличии молекулярного кислорода, но не используют его.
● Для выращивания анаэробов используют анаэростаты - специальные емкости, в которых воздух заменяется смесью газов, не содержащих кислорода.

Облигатные анаэробы (возбудители столбняка, ботулизма, газовой анаэробной инфекции, бактероиды, фузобактерии)

Факультативные анаэробы (стафилококки, ешерихии, сальмонели, шигели и другие)
Микроаэрофилы (молочнокислые, азотфиксирующие бактерии)
Капнеичные (возбудитель бруцеллеза бычьего типа)

органические соединения
В зависимости

от донора электронов

По источнику энергии

Литотрофы Органотрофы

Фототрофы Хемотрофы
свет Энергия химических связей

питаются мертвым органическим материалом и независимы от других организмов

получают питательные вещества от макроорганизма

кратные разведения в жидкой среде)
Коха (пластинчатые разводки)- предварительное разведение

материала в пробирке с последующим посевом на плотную среду.
Метод «истощающегося штриха» в одной чашке поделив ее на 4 сектора, последовательно засевая все секторы

Шукевича в конденсационную воду пробирки (очень быстрый и ползучий рост у Протея)
По Гольду (бак посев мочи)

Дригальского (посев одним шпателем последовательно в три чашки Петри)

Вейнберга (для анаэробов - заливают агаровую среду сверху смесью парафина и вазелинового масла)
Посев можно проводить шпателем, петлей или тампоном

для соответствующих микробов питательных компонентов
Оптимальные температура, рН, rH2, концентрация ионов,

степень насыщения кислородом, газовый состав и давление

Ми/о культивируют на питательных средах при оптимальной температуре в термостатах, обеспечивающих условия инкубации

По температурному оптимуму роста выделяют три основные группы микроорганизмов:

Психрофилы - растут при температурах ниже +20 градусов Цельсия

Мезофилы - растут в диапозоне температур от +20 до +45 градусов

Термофилы - растут при температурах выше + 45 градусов