Загрузить шпаргалку

3. Классификация это процесс разбиения множества
организмов на основе учета их общих признаков на
классы, группы (таксоны). Классификация является
составной частью систематики.
Таксономия (греч. taxis — расположение по порядку,
закон)—теория
классификации,
систематизации
живой природы.
Термины «систематика» и «таксономия» в литературе
часто употребляются как синонимы. Однако
систематика является более широким понятием, чем
таксономия.
Структурно
систематика
включает
три
самостоятельные составные части: классификацию,
идентификацию и номенклатуру. Классификация, как
уже упоминалось,— это разбиение организмов на
таксономические группы.
Идентификация — это определение принадлежности
изучаемого организма к тому или иному таксону.
Номенклатура — это свод правил присвоения названий таксонам и список этих названий. Номенклатура
вступает в действие после того, как выполнена вся
классификационная работа, то есть классификация
предшествует номенклатуре, но, выполняя функции
«информационного языка», до некоторой степени
номенклатура независима от классификации.
5. СТРОЕНИЕ БАКТЕРИАЛЬНОЙ КЛЕТКИ
Клетка прокариотических организмов имеет сложное
строго
упорядоченное
строение
и
обладает
принципиальными особенностями ультраструктурной
организации и химического состава.
Структурные компоненты бактериальной клетки делят
на основные и временные. Основными структурами
являются: клеточная стенка, цитоплазматическая
мембрана с ее производными, цитоплазма с
рибосомами и различными включениями, нуклеоид;
временными — капсула, слизистый чехол, жгутики,
ворсинки, эндоспоры, образующиеся лишь на определенных этапах жизненного цикла бактерий, у
некоторых видов они отсутствуют полностью.
Схема строения прокариоти
ческой клетки: 1 — капсула; 2 — клеточная стенка;
3 — цитоплазматическая
мембрана?
4 — нуклсоид; 5 — цитоплазма; 6 — хроматофоры;
7 — тилакоиды; 8 — ме-зосома; 9—рибосомы; 10 —
жгутики;
у
II — базальное
тельце;
12 — пили; 13 —
включение серы; 14—капли жи-j5 pa; 15 — гранулы
полифосфата; 16 — плазмида
У
прокариотической
клетки
структуры,
расположенные снаружи от цитоплазматической
мембраны, называют поверхностными (клеточная
стенка, капсула, жгутики, ворсинки).
Термин «оболочка» в настоящее время используется
для обозначения клеточной стенки и капсулы бактерий
или только клеточной стенки, цитоплазматическая
мембрана не входит в состав оболочки и относится к
протопласту.
7.Клеточная стенка — важный структурный элемент
бактериальной клетки, располагающийся между
цитоплазматиче-ской мембраной и капсулой; у
бескапсульных бактерий — это внешняя оболочка
клетки. Она обязательна для всех прокариот, за
исключением микоплазм и L-форм бактерий. Выполняет ряд функций: защищает бактерии от
осмотического шока и других повреждающих
факторов, определяет их форму, участвует в
метаболизме; у многих видов патогенных бактерий
токсична, содержит поверхностные антигены, а также
несет на поверхности специфические рецепторы для
фагов. В клеточной стенке бактерий имеются поры,
которые участвуют в транспорте экзотоксинов и
других экзобелков бактерий. Толщина клеточной
стенки 10—100 нм, и на ее долю приходится от 5 до 50
% сухих веществ клетки.
Основным
компонентом
клеточной
стенки
бактерий является пептидогликан, или муреин (лат.
murus — стенка),— опорный полимер, имеющий
сетчатую структуру и образующий ригидный
(жесткий) наружмый каркас бактериальной клетки.
Клеточная стенка грамположительных бактерий
плотно прилегает к цитаплазматичеокой мембране,
массивна, ее толщина находится в пределах 20—100
нм. Для нее характерно наличие тейхоевых кислот.
Клеточная стенка грамотрицательных бактерий
многослойна, ее толщина составляет 14—17 нм.
Внутренний слой — пеп-тидогликан, который
образует тонкую (2 нм) непрерывную сетку,
окружающую клетку.
4. МОРФОЛОГИЯ И СТРОЕНИЕ МИКРООРГАНИЗМОВ
Бактерии (греч. bakterion — палочка)—микроорганизмы с
прокариотным типом строения. Преимущественно это
одноклеточные организмы, однако существует немало
форм, состоящих из многих клеток. Термин «прокариоты»
равнозначен термину «бактерии».
Бактерии не видимы невооруженным глазом. Поэтому для
их изучения используют световые и электронные
микроскопы. Клетки бактерий измеряются в микрометрах
(1 мкм = 10-6 м), элементы тонкого строения — в
нанометрах (1 нм = 10~9 м). Предел разрешения светового
микроскопа составляет 0,2 мкм, современных моделей
электронных микроскопов — 0,15—0,3 нм. Средние
размеры прокариот лежат в пределах 0,5—3 мкм.
Наиболее стабильны кокки — их размер 0,5—2 мкм.
Палочковидные формы обычно длиной 2—10 и шириной
0,5—1 мкм, мелкие палочки соответственно 0,7—1,5 и
0,2—0,4 мкм.
Кокки (греч. kokkos — зерно, лат. coccus — ягода) имеют
сферическую форму в виде правильного шара, эллипса,
боба, ланцета. В зависимости от взаимного расположения
клеток после деления различают: микрококки, или
монококки, стафилококки, диплококки, стрептококки,
тетракокки и сардины.
Микрококки (лат. micrococcus — маленький) делятся в
разных плоскостях и располагаются одиночно, па;рами
или беспорядочно. Сапрофиты обитают в почве, воде,
воздухе. Например, Micrococcus luteus.
Стафилококки (греч. staphyle — виноградная гроздь) —
кокки, делящиеся в различных плоскостях и располагающиеся несимметричными гроздьями-, иногда одиночно,
парами, тетрадами. Сапрофиты и патогенные. Например,
Staphylococ-cus aureus.
Диплококки (греч. diploos — двойной) делятся в одной
плоскости, образуя попарно соединенные кокки. Например, Azotobacter chroococcum.
Стрептококки (греч. streptos — цепочка)—кокки,
расположенные в виде цепочки, встречаются одиночные и
парные клетки, иногда тетрады. Образуются при делении в
одной плоскости. Сапрофиты и патогенные. Например,
Streptococcus pyogenes.
Тетракокки (греч. tetra — четыре)—кокки, которые
делятся в двух взаимно перпендикулярных плоскостях и
располагаются по четыре.
Сарцины (лат. sarcio — связываю) — кокки, делящиеся в
трех
взаимно
перпендикулярных
плоскостях
и
образующие П'равильиые пакеты по 8—16 клеток и более.
Сапрофиты; ветре чаются в воздухе, почве, кишечнике
животных и человека. Например, Sarcina ureae.
Палочковидные бактерии. Это самая многочисленная
группа прокариот. Они имеют осевую симметрию и
цилиндрическую форму тела с округлыми илизаостренными концами. Палочковидные формы делят
на две группы: неспоровые палочки— бактерии
(Bacterium) и палочки, образующие споры, — бациллы
(Bacillus). Палочки, у которых диаметр споры превышает
ширину вегетативной клетки, принято называть
клостридиями (Clostridium) —веретенообразные.
В зависимости от взаимного расположения клеток палочковидные бактерии подразделяют на одиночные и
бессистемные скопления, диплобактерии и диплобациллы
(располагающиеся попарно), также стрептобактврии и
стрептобациллы
(формы, образующие длинные или короткие цепочки).
Сапрофиты и патогенные виды. Например, Bacillus
anthracis, Clostridium tetani.
К палочковидным формам также относят коринебактерии
и фузобактерии.
Коринебактерии (греч. koryne—булава) — прямые или
изогнутые палочки с булавовидными утолщениями на
концах. Сапрофиты, патогенны для животных и человека.
Например, Corynebacterium pseudotuberculosis и др.
Фуэобактерии — длинные, толстые, с заостренными
концами палочки. Имеются патогенные виды —возбудитель
некро-бактериоза
(Fusobactedum
necrosphorum).
Извитые бактерии. Обладают спиральной симметрией. К
ним относятся вибрионы, спириллы и спирохеты.
Вибрионы (лат. vibrio — извиваюсь). Клетки вибрионов
имеют цилиндрическую изогнутую форму, образуя 1/4—
1/2 завитка спирали, и напоминают запятую. Сапрофиты и
патогенные. Например, Vibrio cholerae.
Спириллы (лат. spira — изгиб) — бактерии, имеющие
форму спирально извитых палочек с 4—6 витками.
Обитают в пресной и морской воде. Преимущественно
сапрофиты (Spirillum volutans); к патогенным видам
относятся S. minus и кампилобактеры (Campylobacter
fetus).
13. Различают несколько механизмов питания микробных
клеток. Питательные вещества могут поступать из
внешней среды в микробную клетку через клеточную
стенку, капсулу, слизистые слои и цитоплазматическую
мембрану.
Проникновение питательных веществ в клетку может осуществляться с помощью диффузии и стереохимического
специфического переноса питательных веществ.
Типы питания микробов. Различают углеродное и
азотное питание микроорганизмов. По типу углеродного
питания микробы принято делить на аутотрофы и
гетеротрофы.
Аутотрофы, или прототрофы, (греч. autos — сам, tro-phe
— пища) — микроорганизмы, способные воспринимать
углерод из угольной кислоты (С02) воздуха.
Гетеротрофы (heteros— другой) в противоположность
аутотрофным микробам получают углерод главным
образом
из
готовых
органических
соединений.
Гетеротрофы — возбудители различного рода брожений,
гнилостные микробы, а также все болезнетворные
микроорганизмы: возбудители туберкулеза, бруцеллеза,
листериоза,
сальмонеллеза,
гноеродные
микроорганизмы—стафилококки, стрептококки, диплококки
и ряд других патогенных для животного организма
возбудителей.
14. Дыхание микробов
Дыхание микробов — это биологический процесс, сопровождаемый окислением или восстановлением различных,
преимущественно
органических,
соединений
с
последующим выделением
энергии
в виде
аденозинтрифосфорной
кислоты (АТФ), необходимой
микробам для физиологических нужд.
Совокупность окислительно-восстановительных ферментных реакций, осуществляющих последовательный перенос
водорода с окисляемого продукта на кислород, называется
тканевым дыханием и представляет собой дыхательную
цепь.
6. L-формы бактерий. Это фенотипические
модификации, или мутанты, бактерий, частично или
полностью утратившие способность синтезировать
пептодогликан клеточной стенки. Таким образом, Lформы — бактерии, дефектные по клеточной стенке.
Свое название они получили в связи с тем, что были
выделены и описаны в институте Листера в Англии в
1935
г.
Образуются
при
воздействии
Lтрансформирующих
агентов
—
антибиотиков
(пенициллина,
полимиксина,
баци-трацина,
венкомицина, стрептомицина), аминокислот (глицина,
метионина, лейцина и др.), фермента лизоцима,
ультрафиолетовых и рентгеновых лучей. В отличие от
протопластов и сферопластов L-формы обладают
относительно
высокой
жизнеспособностью
и
Выраженной способностью к репродукции. По
морфологическим и культуральным свойствам они
резко отличаются от исходных бактерий, что
обусловлено утратой клеточной стенки и изменением
метаболической активности.
L-формы
бактерий
полиморфны.''Встречаются
элементарные
тельца
размером
0,2—1
мкм
(минимальные репродуцирующие элементы), шары—
1—5, большие тела — 5—50, нити — до 4 мкм и
более. Клетки L-форм имеют хорошо развитую
систему внутрицитоплазматических мембран и
миелино-подобные структуры. Вследствие дефекта
клеточной стенки L-формы осмотически неустойчивы
и их можно культивировать только на специальных
средах с высоким осмотическим давлением; они
проходят через бактериальные фильтры.
Различают стабильные и нестабильные L-формы
бактерий. Первые полностью лишены ригидной
клеточной стенки, что сближает их с протопластами;
они крайне редко реверсируют в исходные
бактериальные формы. Вторые могут обладать
элементами клеточной стенки, в чем они проявляют
сходство со сферопластами; в отсутствие фактора,
вызвавшего их образование, реверсируют в исходные
клетки.
Процесс образования L-форм получил название Lтранс-формации, или L-индукции. Способностью к
Lтрансформации обладают практически все виды
бактерий, в том числе и патогенные (возбудители
бруцеллеза, туберкулеза, листерии и Др.).
L-формам придается большое значение в развитии
хронических
рецидивирующих
инфекций,
носительстве возбудителей, длительной персистенции
их в организме. Доказана трансплацентарная
инвазивность элементарных телец L-форм бактерий.
Инфекционный процесс, вызванный L-формами
бактерий,
характеризуется
атипичностью,
длительностью течения, тяжестью заболевания,
трудно поддается химиотерапии.
9.
Цитоплазматическая
мембрана
и
ее
производные.
Цито-плазматическая
мембрана
(плазмолемма) —полупроницаемая липопротеидная
структура
бактериальных
клеток,
отделяющая
цитоплазму от клеточной стенки. Она является обязательным полифункциональным компонентом клетки и
составляет 8—15 % ее сухой массы. Разрушение
цитоплазматической мембраны приводит к гибели
бактериальной клетки. На ультратонких срезах в
электронном микроскопе выявляется ее трехслойное
строение — два ограничивающих осмиофиль-ных слоя
толщиной 2—3 нм каждый и один осмиофобный
центральный слой толщиной 4—5 нм.
Цитоплазматическая
мембрана
служит
осмотическим
барьером
клетки,
контролирует
поступление питательных веществ в клетку и выход
продуктов метаболизма наружу, в ней содержатся
субстратспецифические ферменты — пермеазы, осуществляющие активный избирательный перенос
органических и неорганических молекул.
Цитоплазма — содержимое бактериальной клетки,
отграниченное
цитоплазматической
мембраной.
Состоит из цитозо-ля — гомогенной фракции,
включающей растворимые компоненты РНК, вещества
субстрата, ферменты, продукты метаболизма, и
структурных элементов — рибосом, внутрицитоплазматических мембран, включений и нуклеоида.
Нуклеоид—ядро у прокариот. Он состоит из одной
замкнутой в кольцо двухспиральной нити ДНК длиной
1,1-—1,6 нм, которую рассматривают как одиночную
бактериальную хромосому, или генофор.
Нуклеоид у прокариот не отграничен от остальной
части клетки мембраной — у него отсутствует ядерная
оболочка.
В нуклеоиде сосредоточен основной объем
генетической информации бактериальной клетки.
Кроме нуклеоида в клетках многих бактерий
обнаружены внехромосомные генетические элементы
—
плазмиды,
представленные
небольшими
кольцевыми молекулами ДНК, способными .к
автономной репликации.
15. Методы создания анаэробиоза. Для выделения
анаэробных возбудителей инфекционных болезней
создаются анаэробные условия культивирования. Для
этого существуют несколько методов.
1. Физический метод. Он заключается в удалении
воздуха из эксикатора или анаэростата при помощи
масляного воздушного насоса. Жидкие среды перед
засевом для удаления из них воздуха кипятят, то есть
проводят так называемое регенерирование среды; для
предотвращения контакта жидкой среды с воздухом на
ее поверхность наносят слой вазелинового или
парафинового масла.
2. Химический метод. Основан на применении поглотителей кислорода, например, пирогаллола с
гидроокисью натрия, калия либо гидросульфита
натрия с гидрокарбонатом натрия в соотношении 1:1.
3. Биологический метод (метод Фортнера). Основан на выращивании анаэробов ъ присутствии аэробов
(например, «чудесной палочки») в одной чашке Петри.
Вначале вырастает аэробная культура, а затем по мере
поглощения последней
кислорода
из
чашки
начинает развиваться анаэробная культура.
4. Комбинированный метод. Предусматривает использование двух других, скажем, физического и
химического.
Нередко
удается
ослабить
или
полностью
нейтрализовать вредное для бактерий действие
кислорода путем прибавления к среде восстановителей
(аскорбиновой кислоты, тиогликола-та, цистеина).
8.Капсула — слизистый слой, расположенный над
клеточной стенкой бактерии. Вещество капсулы четко
отграничено от окружающей среды. В зависимости от
толщины слоя и прочности соединения с бактериальной
клеткой различают макрокапсулу, толщиной более 0,2
мкм, хорошо различимую в световом микроскопе, и
микрокапсулу,
толщиной
менее
0,2
мкм,
обнаруживамую лишь при помощи электронного микроскопа
или
выявляемую
химическими
и
иммунологическими методами.
Капсула
—
полифункциональный
органоид,
выполняющий важную биологическую роль. Она
является местом локализации капсульных антигенов,
определяющих
вирулентность,
антигенную
специфичность и иммуногенностъ бактерий. Утрата
капсулы у патогенных бактерий резко снижает их
вирулентность, например, у бескапсульных штаммов
бациллы антракса. Капсулы обеспечивают выживание
бактерий, защищая их от механических повреждений,
высыхания, заражения фагами, токсических веществ, а
у патогенных форм — от действия защитных сия
макроорганизма: инкапсулированные клетки плохо
фагоцитируются. .У некоторых видов бактерий, в том
числе
и
патогенных,
капсула
способствует
прикреплению клеток к субстрату.
Жгутики
—
органоиды
движения
бактерий,
представленные тонкими, длинными, нитевидными
структурами белковой природы. Их длина превышает
бактериальную клетку в несколько раз и составляет
10—20 мкм, а у некоторых спирилл достигает 80—90
мкм. Нить жгутика (фибрилла)—полный спиральный
цилиндр диаметром 12—20 нм. У вибрионов и протея
нить окружена футляром толщиной 35 нм.
а — монотрихи; б — амфитрихи; в — лофотрнхи; г —
перитрихи
Жгутик состоит из трех частей: спиральной нити,
крюка и базального тельца. Крюк — изогнутый
белковый цилиндр, выполняющий функцию гибкого
связывающего звена между базальным тельцем и
жесткой нитью жгутика. Базальног тельце — сложная
структура, состоящая из центрального стержня (оси) и
колец.
Пили (фимбрии, ворсинки) — прямые, тонкие, полые
белковые цилиндры толщиной 3—25 нм и длиной-до 12
мкм, отходящие от поверхности бактериальной клетки.
Образованы специфическим белком — пилином, берут
начало от цитоплаз-матической мембраны, встречаются
у подвижных и неподвижных форм бактерий и видимы
только в электронном микроскопе (рис. 4). На
поверхности клетки может быть от I—2, 50—400 пилей
до нескольких тысяч.
Существует два класса пилей: половые (секс-пили) и
пили общего типа, которые чаще называют фвмбриями.
У одной и той же бактерии могут быть пили разной
природы. Половые лили возникают на поверхности
бактерий в процессе конъюгации и выполняют
функцию оргаяелл, через которые дит передача
генетического материала (ДНК) от донора к
реципиенту.
Пили общего типа располагаются ' лереитрихиально
(кишечная палочка) или на полюсах (псевдомонады);
одна бактерия их может содержать сотни. Они
принимают участие в слипании бактерий в агломераты,
прикреплении микробов к различным субстрата:м, в гам
числе к клеткам (адгезивная
функция), в транспорте
метаболитов, а также способствуют
образованию пленок на поверхности жидких сред;
вызывают
агглютинацию эритроцитов.
12. Ферменты — это биологические катализаторы
белковой природы (небелковых ферментов нет).
Ферменты, как белки, могут быть простыми и
сложными. Уреаза, пепсин, трипсин, амилаза,
рибонуклеаза — простые белки, а каталаза, дегидрогеназы,
цитохромы,
пируватдекарбоксилаза
—
сложные.
Принято различать экзо- и эндоферменты.
Экзоферменты не связаны со структурой протоплазмы,
легко выделяются в субстрат при жизни микробной
клетки (гидролитические ферменты), растворимы в
питательной среде и проходят через бактериальные
фильтры.
Эндоферменты прочно связаны с бактериальной
клеткой и действуют только внутриклеточно,
осуществляя дальнейшее разложение питательных
веществ и превращение их в составные части клетки. К
таким
ферментам
можно
отнести,
например,
дегидрогеназы, оксидазы.
1.
О к с и д о р е дукт а з ы — ферменты,
катализирующие
окислительно-восстановительные
реакции.
2. Трансферазы — ферменты, катализирующие перенос
отдельных радикалов, частей молекул или целых
атомных группировок (не водорода) от одних
соединений к другим.
3.
Гидролазы — ферменты,
катализирующие
реакции
гидролиза (расщепления) белков, жиров и углеводов с
участием воды.
4. Л и а з ы — ферменты, катализирующие отщепление
от субстратов определенных химических групп с
образованием двойных связей или присоединение
отдельных групп или радикалов по двойным связям.
5. И з о м е р а з ы — ферменты, осуществляющие
превращение органических соединений в их изомеры.
6. Л и г а з ы
(синтетазы) — ферменты,
катализирующие процессы синтеза связей за счет
энергии распада АТФ.
10. СПОРЫ И СПОРООБРАЗОВАНИЕ
Споры (эндоспоры) бактерий — особый тип
покоящихся
репродуктивных
клеток,
характеризующихся
резко
сниженным
уровнем
метаболизма и высокой резистентностью.
Бактериальная спора формируется внутри материнской
клетки и называется эндоспорой. Способностью к
образованию
спор
обладают
преимущественно
палочковидные грамположительные бактерии родов
Bacillus и Clostridium, из шаровидных бактерий — лишь
единичные виды, например, Sporosarcina ureae. Как
правило, внутри бактериальной клетки образуется
только одна спора.
Основная функция спор—сохранение бактерий в неблагоприятных условиях внешней среды. Переход
бактерий к спорообразованию наблюдается при
истощении
питательного
субстрата,
недостатке
углерода, азота, фосфора, накоплении в среде катионов
калия и марганца, изменении рН, повышении
содержания кислорода и т. д.
Процесс
образования
спор
проходит
ряд
последовательных стадий:
подготовительная.
Изменяется
метаболизм,
завершаетется репликация ДНК и происходит ее
конденсация. Клетка содержит два или более
нуклеоида, один из них локализуется в спорогенной
зоне, остальные — в цитоплазме спорангия. Одновременно синтезируется дипиколиновая кислота;
стадия предспоры. Со стороны цитоплазматической
мембраны вегетативной клетки происходит врастание
двойной мембраны, или септы, отделяющей нуклеоид с
участком уплотненной цитоплазмы (спорогенная зона).
В результате чего образуется проспора, окруженная
двумя мембранами;
образование оболочек. Вначале между мембранами
про-споры образуется зачаточный пептидогликановый
слой, затем над ним откладывается толстый
пептидогликановый слой кор-текса и вокруг его
наружной мембраны формируется споровая оболочка;
созревание споры. Заканчивается образование всех
структур споры, она становится термоустойчивой,
приобретает
характерную
форму
и
занимает
определенное положение в клетке.
При попадании в благоприятные условия споры
прорастают в вегетативные клетки, Этот процесс
начинается с погло,11. Химический состав микробной клетки
Вода. Основная гсоставная часть бактериальной клетки,
приходящаяся н а воду, — 75—85 %, сухое вещество
составляет 15—25 %. Часть воды находится в
свободном состоянии, а часть — в связанном.
Связанная вода является структурным растворителем.
Свободная вода служит дисперсионной средой для
коллоидов,
растворителем
для
кристаллических
веществ, источником водородных и гидроксиль-ных
ионов.
(Например,
гидролитические
процессы
расщеплеВедущая роль принадлежит четырем органогенам —
кислороду, водороду, углероду и азоту. В процентном
отношении к сухому веществу бактерии содержат:
углерода — 45—55, азота — 8—15, кислорода — 30,
водорода-—6—8. Соответственно дрожжи содержат:
углерода — 49, азота— 12, кислорода—-.31, водорода
— 6%. В микроскопических грибах, углерода — 47,
азота — 5, кислорода — 40, водорода — 6%.
Минеральные вещества. Кроме органогенов в
микробных клетках находятся так называемые зольные
элементы — минеральные вещества, составляющие от
3 до 10 % сухого вещества микроорганизмов.
Белки — это высокомолекулярные азотсодержащие
органические
соединения,
молекулы
которых
построены из аминокислотных остатков, соединенных
между собой ковалент-ными пептидными связями.
Нуклеиновые
кислоты
представляют
собой
высокомолекулярные
биологические
полимеры,
построенные
из
мононук-леотидов.
Особенно
характерно для них содержание фосфора (8—10%) и
азота (15—16%), они также содержат углерод, кислород
и водород.
Углеводы. В бактериях их содержится 12—18% от
сухого вещества. Это многоатомные спирты (сорбит,
маннит, дуль-цит); полисахариды (гексозы, пентозы,
гликоген,
декстрин);
моносахариды
(глюкоза,
глюкуроновая кислота и др.). Углеводы выполняют
энергетическую роль в микробной клетке.
Липиды и липоиды. Липиды—истинные жиры,
липоиды — жироподобные вещества.
18. Основные принципы культивирования бактерий
В
лабораторных
условиях
микроорганизмы
выращивают на питательных средах, которые должны
быть стерильными, прозрачными, влажными, содержать
определенные питательные вещества (белки, углеводы,
витамины,
микроэлементы
и
др.),
обладать
определенной буферностью, иметь соответствующий
рН,
окислительно-восстановительный
потенциал.
Питательные среды классифицируют по консистенции—жидкие,
полужидкие,
плотные
(твердые);
происхождению — животного или растительного
происхождения и синтетические среды, приготовленные из определенных химически чистых соединений
в точно указанных концентрациях; по назначению —
общеупотребительные
(универсальные),
дифференциальные, элективные и среды обогащения,
специальные.
Обычные
(простые)
среды
пригодны
для
культивирования многих видов патогенных и
непатогенных бактерий.
Дифференциальные
среды
позволяют различать
бактерии разных видов и родов по их культуральным и
биохимическим свойствам.
Элективные
(избирательные)
среды
и
среды
обогащения,
благоприятствующие
размножению
бактерий определенных видов и подавляющие рост
других микробов.
Специальные среды — наиболее оптимальные для
выращивания бактерий, не размножающихся на
общеупотребительных средах.
16. Рост и размножение бактерий
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
подра;зумевают
способность их к самовоспроизведению, увеличению
количества особей на единицу объема. Иначе можно
сказать: размножение — это повышение числа особей
микробной популяции.
Репликация ДНК и деление клеток происходит с
определенной скоростью, присущей каждому виду
микроба, что зависит от возраста культуры и характера
питательной среды.
Типы деления клеток бактерий. 1. Клеточное деление
опережает разделение, что приводит к образованию
«многоклеточных» палочек и кокков. 2. Синхронное
клеточное деление, при котором разделение и деление
нуклеоида
сопровождаются
образованием
одноклеточных организмов. 3. Деление нуклеоида
опережает клеточное деление, обусловливая образование многонуклеоидных бактерий.
Разделение бактерий, в свою очередь, происходит
тремя способами: 1) разламывающее разделение, когда
две
индивидуальные
клетки,
неоднократно
переламываясь в месте сочленения, разрывают
цитоплазматический мостик и отталкив.а-ются друг от
друга, при этом образуются цепочки (сибиреязвенные
бациллы); 2) скользящее разделение, при котором после
деления клетки обособляются и одна из них скользит по
поверхности другой (отдельные формы эшерихий); 3)
секущее разделение, когда 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, ли-стерии).
17. Фазы развития бактериальной популяции.
Теоретически допускается, что если бактериям создать
условия непрерывного притока и прогрессивного
увеличения массы свежей питательной среды и оттока
продуктов выделения, то размножение будет возрастать
логарифмически, а гибель — арифметически.
1. Исходная (стационарная, латентная, или фаза покоя).
Представляет собой время от момента посева бактерий
на питательную среду до их роста. В этой фазе число
живых бактерий не увеличивается, а может даже
уменьшиться. Продолжительность исходной фазы 1—2
ч.
2. Фаза задержки размножения. В течение этой фазы
бактериальные клетки интенсивно растут, но слабо
размножаются. Эта фаза занимает около 2 ч и зависит
от ряда условий:
3. Логарифмическая фаза. В этой фазе скорость
размножения клеток и увеличение бактериальной
популяции максимальны. Период генерации (лат.
generatio — рождение, воспроизведение), то есть время,
прошедшее
между
двумя
последовательными
делениями бактерий, в этой стадии будет постоянным
для данного вида, а количество бактерий станет
удваиваться в геометрической прогрессии.
4. Фаза отрицательного ускорения. Скорость
размножения бактерий перестает быть максимальной,
число делящихся особей уменьшается, а число
погибших увеличивается (длительность около 2 ч)
5. Стационарная фаза максимума. В ней число новых
бактерий почти равно числу отмерших, то есть
наступает равновесие между погибшими клетками и
вновь образующимися. Продолжается эта фаза 2 ч.
6.
Фаза ускорения гибели. Характеризуется
прогрессивным превосходством
числа погибших
клеток над
количеством вновь нарождающихся.
Длится она около 3 ч.
7. Фаза логарифмической гибели. Отмирание клеток
происходит с постоянной скоростью (длительность
около 5 ч).
8.
Фаза уменьшения скорости отмирания.
Остающиеся в живых клетки переходят в состояние
покоя.
19. ГЕНЕТИКА МИКРООРГАНИЗМОВ
Генетика — наука о наследственности и изменчивости
организмов. Целью генетики является изучение и
анализ законов передачи наследственных признаков от
поколения к поколению, а также выяснение
механизмов, обеспечивающих наследование на всех
уровнях организации живых существ (особь, клетка).
Изменение морфологических признаков.
Под
влиянием физических, химических, биологических
агентов у многих микроорганизмов наблюдается
изменение формы и величины бактерий.
Культуральные
изменения.
Одной из форм
культуральной
изменчивости
является
феномен
диссоциации, то есть разъединение популяции бактерий
и возникновение S- и R-форм.
Изменчивость ферментативных (биохимических)
свойств.
Бактерии каждого вида имеют определенный набор
ферментов, благодаря которым усваивают различные
питательные вещества.
В геноме бактерий всегда имеются запасные возможности, то есть гены, определяющие выработку адаптивных
ферментов.
Изменчивость биологических свойств. Л. Пастер в
1880 г. впервые показал, что патогенная культура
возбудителя
холеры
кур
после
длительного
выдерживания
в
условиях
термостата
теряла
патогенные свойства, но обладала иммуногенными
свойствами, что им было использовано с целью
профилактической вакцинации против холеры кур.
20. Формы изменчивости микроорганизмов
Фенотипическая
изменчивость.
Проявление
наследуемых
морфологических
признаков
и
физиологических
процессов
у
индивидуумов
называется фенотипом. Различия по фенотипу между
микроорг. одинак. по генотипу наз. модификациями.
Генотипическая
изменчивость.
Изменениям
подвержен
также
и
генотип.
Генотипическая
изменчивость играет большую роль в эволюции
организмов
Мутации. Под мутацией (от mutatio — изменение)
понимают внезапные, скачкообразные изменения
наследственных свойств.
Генотипическая
изменчивость.
Изменениям
подвержен
также
и
генотип.
Генотипическая
изменчивость играет большую роль в эволюции
организмов: если бы клетки не обладали способностью
к изменению генотипа, то любое неблагоприятное
изменение условий среды привело бы к вымиранию
вида.
В основе генотипической изменчивости лежат мутации
и рекомбинации. Они происходят в структуре ДНК —
генетическом аппарате клетки — и проявляются в
стабильности изменений каких-либо свойств.
Мутации. Под мутацией (от mutatio — изменение)
понимают внезапные, скачкообразные изменения
наследственных свойств. Основу этого явления
составляют
качественные
или
количественные
изменения последовательности нуклеотидов в ДНК,
которые могут возникать при жизнедеятельности бактерий под влиянием эндогенных факторов или при
действии химических и физических мутагенов.
21. Способы передачи генетической информ у бакт.
Генетические
рекомбинации.
Кроме
мутации,
ведущих к изменению генотипа, у бактерий известны
три способа передачи генетической информации от
донорской клетки с одним генотипом реципиенту с
другим генотипом. Эта передача осуществляется путем
трансформации, трансдукции и конъюгации. В
результате генетического обмена между бактериями
образуются рекомбинанты — то есть бактерии,
обладающие свойством обоих родителей.
Трансформация (преобразование, перестройка) —
изменение генома бактерии-реципиента в результате
поглощенной из среды свободного фрагмента ДНК
клет-ки-донора.
В процессе трансформации различают пять стадий:
1— адсорбция трансформирующей ДНК на поверхность
микробной клетки; 2 — проникновение ДНК в клетку реципиент; 3 — спаривание внедрившейся ДНК с
хромосомными структурами клетки; 4 — включение
участка ДНК клетки-донора в хромосомные структуры
реципиента; 5— дальнейшее изменение нуклеотида в
ходе последующих делений.
Трансдукция. Трансдукцией называют передачу ДНК
от клетки-донора клетке-реципиенту при участии
бактериофагов.
Трансдуцирующими
свойствами
обладают в основном умеренные фаги.
Абортивная трансдукция — перенос фагом участка
ДНК клетки-донора в клетку-реципиент, которая не
включается в ее геном, а следовательно, проявление
нового признака не наблюдается.
Конъюгация (спаривание) — это передача генетического материала донорской клеткой клеткереципиенту
при
непосредственном
контакте.
Способность бактериальной клетки конъюгировать
связана с наличием в ней полового фактора F (от
fertility—плодовитость)—внехромосомной автономной
детерминанты.
Таким образом, все три процесса генетической
рекомбинации у бактерий — трансформация,
трансдукция и конъюгация— различны по форме, но
одинаковы по существу; в результате каждого процесса
происходит перенос фрагмента ДНК от одной клетки к
другой.
23. Действие химических и биологических факторов.
Действие химических веществ
Химические вещества могут тормозить или полностью
подавлять рост микроорганизмов. Если химическое
вещество подавляет рост бактерий, но после удаления
их рост вновь возобновляется.
Противомикробные вещества с учетом химического
строения и механизма их бактерицидного действия на
бактерии можно подразделить на следующие группы:
окислители, галогены, соединения металлов, кислоты и
щелочи, поверхностно-активные вещества, спирты,
красители, производные фенола и формальдегида.
Окислители. К этой группе относятся перекись водорода и калия перманганат.
Галогены. Хлор, йод и их препараты: хлорная известь,
хлорамин Б, пантоцид, раствор йода спиртовый 5%ный, йодинол, йодоформ.
Соединения тяжелых металлов (соли свинца, меди,
цинка, серебра, ртути; металлорганические соединения
серебра: протаргол, колларгол). Эти соединения
способны оказывать как противомикробное, так и
разнохарактерное
местное
действие
на
ткани
макроорганизма.
Кислоты и щелочи. В основе бактерицидного действия
кислот и щелочей лежат дегидратация микроорганизмов, изменение рН питательной среды, гидролиз
коллоидных систем и образование кислотных или
щелочных альбуминатов.
Красители
обладают свойствами
задерживать
рост бактерий. Они действуют медленно, но более
избирательно.
Формальдегид—бесцветный газ. В практике применяют 40%-ный водный раствор формальдегида
(формалин). Газообразный и растворенный в воде
формальдегид губительно влияет на вегетативные и
споровые формы бактерий.
Действие биологических факторов
Действие биологических факторов проявляется прежде
всего в антагонизме микробов, когда продукты
жизнедеятельности одних микробов обусловливают
гибель других.
Антибиотики (от греч. anti — против, bios — жизнь) —
биологически активные вещества, образуемые в
процессе
жизнедеятельности
грибов,
бактерий,
животных, растений и созданные синтетическим путем,
способные избирательно подавлять и убивать
микроорганизмы, грибы, риккетсии, крупные вирусы,
простейшие и отдельные гельминты.
22. Влияние Факторов Внешней Среды На
МИКРООРГАНИЗМЫ
Влияние температуры. Об отношении микроорганизмов к
температуре обычно судят по способности их расти и размножаться в определенных температурных границах.
Психрофильные микроорганизмы (психрофилы) являются
преимущественно обитателями северных морей, почвы, сточных
вод (светящиеся бактерии, некоторые железобактерии и др.).
Температурные границы психрофилов: температура минимум
около 0°С, оптимум 15—20, максимум 30—35 °С.
Мезофильные бактерии — наиболее обширная группа. Сюда
относятся большинство саирофитов и все патогенные микроорганизмы. Температурный
минимум 10 °С оптимум 30—37,
максимум 40—45 ЧС.
Термофильные бактерии часто и в большом количестве
встречаются в природе: почве, воде, теплых минеральных
источниках, а также в пищеварительном тракте животных и
человека. Температурный минимум 35 °С, оптимум 50—60,
максимум 70—75 °С.
Низкие температуры приостанавливают гнилостные и бродильные процессы.
Высокая температура, в особенности нагревание паром под
давлением, губительно действует на микробов. Чем больше
температура выходит за пределы максимума, тем быстрее
погибают вегетативные формы микроорганизмов: при 60 °С —
через 30 мин, при 70 °С —через 10—15, при 80—100 °С — через
1 мин.
Споры бактерий более устойчивы
к действию высокой
температуры.
Применение высокой температуры является самым распространенным, удобным и надежным способом стерилизации —
обеспложивания (sterilis — бесплодный) — уничтожения различных микробов и их спор в разнообразных объектах. Существуют разные способы стерилизации при помощи высокой
температуры: прокаливание на огне, кипячение, стерилизация
сухим паром в печах Пастера (сухожаровые шкафы), стерилизация паром под давлением в автоклавах, без давления в
аппарате Коха, тиндализация (дробная стерилизация при
температуре 56—58 °С), пастеризация— метод, предложенный
Пастером с целью сохранения питательной ценности
молока,
вина, различных консервов, которые нагревают до 80СС 30 мин, а
затем быстро охлаждают до 4—8°С. При пастеризации погибают
вегетативные формы микробов, споры же сохраняются, но
быстрое охлаждение и хранение продукта при 4—5°С
препятствует их прорастанию и последующему размножению
микробов.
Влияние высушивания. Многие виды микроорганизмов надолго
сохраняются после высушивания, хотя расти и размножаться в
этих условиях не могут.
Дегидратация
(обезвоживание)
вегетативных
форм
бактериальных клеток в большинстве случаев вызывает их
гибель.
Бактерии, устойчивые !к высокому давлению, 'называют
барофильными
Большое влияние на рост микроорганизмов оказывает осмотическое давление.
Действие видимого света. Видимый, рассеянный свет (длина
волн
300—1000
нм)
угнетает
жизнедеятельность
микроорганизмов, правда, слабее, чем прямые солнечные лучи.
Прямые солнечные лучи убивают все микроорганизмы,
кроме пурпурных и зеленых серобактерий; развитию последних
. солнечный свет благоприятствует.
Влияние электричества. Электричество малой и высокой .
частоты убивает микробы. Особенно сильное действие оказывают на них токи ультравысокой частоты.
Влияние ультразвука. Ультразвук (волны с частотой около
20000 Гц/с) используется для стерилизации пищевых продуктов и
дезинфекции предметов.
Аэроионизация используется для обезвреживания цехов
предприятий, жилых помещений, а также в медицинской и
ветеринарной практике.
24. Экология микроорганизмов.
Взаимоотношениями организмов между собой и с окружающей средой занимается экология. Экология
микроорганизмов исследует лишь отдельные части
целостных экологических систем.
Основной единицей в экологии является экосистема. В
нее входят как биотические, так и абиотические
компоненты. Биотические компоненты составляют
сообщество
организмов,
или
биоценоз.
Под
абиотическими компонентами следует понимать
физические и химические условия экосистемы, в которой живут организмы.
Можно исходить из того, что каждый вид (или
популяция) выполняет определенную функцию, которая
обусловлена его (ее) потребностями в пище,
подвижностью,
способом
размножения,
биохимическими
возможностями,
структурными
особенностями
и
пределами
толерантности
(терпимости) к условиям среды.
В настоящее время эти взаимоотношения можно
представить в виде следующих форм:
1. Сожительство создает благоприятные моменты для
обоих
партнеров
(взаимовыгодный
симбиозмутуализм).
2. Один из партнеров по симбиозу испытывает вредное
воздействие другого
(в этом случае говорят о
паразитизме, об антагонизме).
3. Во многих случаях партнеры могут не оказывать
друг на друга никакого влияния (нейтрализм).
4.
Партнерство может быть выгодно одному из
организмов без оказания вредного воздействия на
другого ('комменсализм).
27. Микрофлора молока и молочных продуктов
Источники микрофлоры в молоке. В молоке всегда
содержится незначительное количество микробовсапрофитов. Основными источниками микрофлоры
молока являются сами животные, помещения, воздух,
корма, плохо промытые доильные установки, цистерны,
молокопроводы, а также средства его доставки.
Среди молочнокислых стрептококков заслуживают
внимания лишь те, основным продуктом брожения
которых является молочная кислота. Это типичный
молочнокислый стрептококк Streptococcus lactis, а
также Str. cremoris, Str. citrovo-rum, Str. paracitrovorum,
используемые для изготовления сливок, масла и сыра
соответствующих сортов. Оптимальная температура
развития стрептококков 30—32°С, предел
кислотообразования в молоке— 120° по Тернеру.
Пороки молока и молочных продуктов. Гнилостные
микробы, размножаясь -в молоке и молочных
продуктах, расщепляют белки, что сопровождается
появлением неприятных вкуса и запаха. Молоко
приобретает горький вкус, издает неприятный затхлый
запах и не может быть использовано в пищу ни
человеку, ни животным.
Гнилостные микробы представлены споровыми
(сенная, картофельная бациллы) и неспоровыми
(бактерия гниения, протей) бактериями, а также
микрококками и отдельными видами молочнокислых
бактерий, обладающих протеолитиче-ской активностью.
При поедании коровами большого количества
зеленого, легкобродящего корма, а также при развитии
в молоке бактерий группы кишечной палочки и
флюоресцирующих бактерий молоко приобретает
травяные запах и вкус.
25. Микрофлора почвы
Из структурных частей почвы для микробиологии
особый интерес представляет ее органическое вещество
— гумус, состоящий из остатков животных и
растительных организмов и обитающих в почве
микробов. Поверхностный слой почвы беднее
микробами, так как на них вредно воздействуют факторы внешней среды: высушивание, ультрафиолетовые
лучи, солнечный свет, повышенная температура и др.
Наибольшее количество микроорганизмов находится на
глубине 5—15 см, меньше их на глубине 20—30 и еще
меньше на глубине 30—40 см.
Наиболее
богаты
микрофлорой
возделываемые
(культурные) почвы; бедны — песчаные, горные, а
также почвы, лишенные растительности; содержание их
в почве увеличивается с севера на юг.
К типичным почвенным бактериям относятся Вас.
subtilis, Вас. mycoides, Вас. mesentericus, Вас. megatherium, Cl. tetani, Cl. perfringens, Cl. oedomaticus, Cl.
histolyticus, Cl. botulinum, Cl. chauvoeij а также
термофильные, пигментные, непигментные и другие
микроорганизмы, составляющие иногда 80—90 % всей
микрофлоры почвы.
Микрофлора воды
Вода — естественная среда .обитания микробов,
основная масса которых поступает из почвы, воздуха с
оседающей пылью, с отбросами, стоками, мочой и т. д.
К постоянно живущим в воде микроорганизмам
относятся Azotobacter, Nitrobacter, Micro-coccus roseus,
Pseudomonas fluorescens, Bact. aquatalis, Proteus vulgaris,
Spirillum и др. Кроме сапрофитов в воде могут быть
возбудители инфекционных болезней животных и человека.
Микрофлора воздуха
Состав микробов воздуха весьма разнообразен. В
воздухе часто встречаются пигментные сапрофитные
бактерии (микрококки, сарцины), споровые (сенная,
картофельная и др.) палочки, актиномицеты, плесневые,
дрожжевые грибы и др. Наряду с сапрофитами в
воздухе
встречаются
условно-паго-генные
микроорганизмы, опары грибов из родов Aspergillus,
Mucor, Penicillium.
Наибольшее количество микроорганизмов содержит
воздух крупных промышленных городов. Воздух же
полей, лесов, лугов, а также над водными
пространствами, в удалении от населенных пунктов
отличается сравнительной чистотой.
26. Микрофлора организма животных
После рождения животный организм вступает в контакт с
различными микроорганизмами, которые проникают через
дыхательные и пищеварительные пути и заселяют желудочнокишечный тракт, половые и другие органы.
Микрофлора кожи. Постоянные обитатели кожи — стафилококки, стрептококки, сардины, актиномицеты, микрококки,
вызывающие нагноительные процессы: фурункулы, гнойники,
флегмоны и др.
Из палочковидных форм обнаруживают кишечную, синегнойную, псевдодифтерийную.
Микрофлора вымени. Микрофлору вымени составляют преимущественно микрококки (М. luteus, M. flavus, M. eandidus, М.
caseolyticus), стафилококки, стрептококки, коринебакте-рии, в
частности Corynebacterium bovis.
Из патогенных микробов на коже вымени часто встречаются
возбудители маститов (Str. agalacitae, Str. ubens, Staph. aureus) и
колимаститов
(Escherichia
coli,
Klebsiella
aerogenes,
Corynebacterium pyogenes, Вас. stibtilis, Pseudomo-nas aerugynosa
и др.).
Микрофлора конъюнктивы. На конъюнктиве находят сравнительно небольшое количество микробов. Как правило, это
стафилококки, стрептококки, сардины, реже встречаются микоплазмы, микрококки, актиномицеты, дрожжевые и плесневые
грибы.
Микрофлора дыхательных путей. У новорожденных животных
в дыхательных путях микроорганизмов нет. При дыхании на
слизистые оболочки верхних дыхательных путей оседают из
воздуха различные бактерии, актиномицеты, плесневые и
Дрожжевые грибы, микоплазмы и др.
Микрофлора пищеварительного канала. Она наиболее
обильна. У новорожденных животных желудочно-кишечный
тракт не содержит микробов. Через несколько часов организм
животного заселяется микрофлорой, которая в процессе жиз-ни
может видоизменяться, но в основном остается стабильной до
конца жизни животного.
К постоянной микрофлоре относятся молочнокислые стрептококки (Str. lactis), молочнокислые палочки (Bact. acidophilum),
кишечная палочка (Е. coli).
Микрофлора полости рта. Она наиболее обильна и разнообразна. В ротовой полости обнаружено более 100 видов микроорганизмов. К постоянным обитателям ротовой полости
относятся диплококки, стафилококки, сарцины, микрококки,
дифтероиды, анаэробы и аэробы, целлюлозоразрушающие
бактерии, спирохеты, грибы, дрожжи и др.
Микрофлора желудка. Она относительно бедна как по количественному, так и по качественному составу. Объясняется это
бактерицидным действием кислого желудочного сока. В
содержнмо'М желудка выживают спо.ровые типа Вас. subtilis,
кислотоустойчивые микобактерия (М. bovis, M. avium), a также
сарцины
(Sarcina
ventriculi),
молочнокислые бактерии,
актиномицеты, энтерококки и др.
Микрофлора рубца жвачных более богата. Здесь
много
гнилостных бактерий, возбудителей различных брожений.
Микрофлора тонкого кишечника. Она наиболее бедна. В
двенадцатиперстной и тощей кишках ослабляется деятельность
целлюлозных микроорганизмов. Здесь чаще всего обитают
устойчивые к желчи энтерококки, ацидофильные, споровые
микробы (Вас. retiformis, Cl. perfringeris), актиномицеты, Е. coli и
др.
Микрофлора толстых кишок наиболее богата. Постоянные
обитатели —энтерококки, стафилококки, стрептококки, целлюлозные бактерии, актиномицеты, ацидофилы, термофилы, споровые формы, дрожжи, плесени, гнилостные бактерии.
У здоровых животных наряду с нормальной микрофлорой в ряде
случаев
обнаруживают
патогенные
микроорганизмы—
возбудители столбняка, инфекционного аборта кобыл, сибирской
язвы, рожи свиней, пастереллеза, сальмонеллеза, анаэробных и
других инфекций.
Микрофлора мочеполовых органов. На слизистой оболочке
половых органов обнаруживают стафилококки, стрептококки,
микрококки, дифтероиды, кислотоустойчивые микобактерии
(Мус. smegmae) и др. Основной обитатель слизистой оболочки
влагалища— Bact. vaginale vulgare, обладающая резко
выраженным антагонизмом к другим микрорганизмам.
28. РОЛЬ МИКРООРГАНИЗМОВ В КРУГОВОРОТЕ
ВЕЩЕСТВ В ПРИРОДЕ
Микроорганизмам принадлежит исключительно важная
роль в круговороте веществ в природе. Наиболее отчетливо
биогеохкмическая
деятельность
микроорганизмов
проявляется в реакциях разложения огранических веществ,
в окислении водорода, метана, серы, в восстановлении
сульфатов и во многих других процессах, обеспечивающих
круговорот биогенных элементов.
Круговорот азота
Азот (N)—важнейший биогенный элемент, входящий в
состав белковой молекулы каждого живого существа.
Цикл превращений азота в природе с участием микроорганизмов состоит из четырех этапов: фиксации
атмосферного азота, аммонификации, нитрификации и
денитрификации.
Аммонификация белков. Значительные запасы органического азота сохраняются в растительных и животных
тканях. Когда гибнут растения и животные, компоненты их
тела подвергаются действию микроорганизмов, и азотистые
соединения разрушаются с образованием аммиака. Этот
процесс называют аммонификацией, или минерализацией,
азота.
Аммонификация мочевины. Подсчитано, что весь животный мир земного шара за сутки выделяет более 150 тыс. т
мочевины. В моче содержится 47 % азота, поэтому она считается одним из концентрированных азотистых удобрений.
Мочевина непригодна для азотистого питания растений, и
только после разложения ее микроорганизмами она
становится усвояемой. Бактерии, разлагающие мочевину,
называются уробактериями (urea — моча). Под действием
фермента уреа-зы, вырабатываемого уробактериями,
мочевина превращается в аммиак и углекислый газ.
Нитрификация. Это следующий за аммонификацией этап
превращения
азота
микроорганизмами.
Аммиак,
образующийся в почве, навозе и воде при разложении
органических веществ, довольно быстро окисляется сначала
в азотистую, а затем в азотную кислоту. Протекает процесс
нитрификации в две фазы. Первую фазу — окисление солей
аммония до солей азотистой кислоты (нитритов) —
осуществляют микроорганизмы родов Nitrosomonas,
Nitrococcus, Nitrospira, Nitrosovibrio. Вторую фазу —
окисление азотистой кислоты до солей азог-ной кислоты
(нитраты)—осуществляют бактерии из родов Nitrobacter,
Nitrospira, Nitrococcus.
Денитрификация. Это процесс, обратный нитрификации.
Различают прямую и косвенную денитрификацию. Прямая
денитрификация
вызывается
бактериями,
широко
распространенными в почве, навозе, водоемах. Среди них
наибольшее значение имеют: Thiobacillus denitrificans —
палочка, не образующая спор, факультативный анаэроб;
Pseudomonas
fluores-cens
—
подвижная
палочка,
грамотрицательная, образует зеленоватый пигмент; PSstutzeri — палочка, образующая цепочки; Paracoccus
denitrificans — имеет форму кокков. Денитрифицирующие
бактерии восстанавливают нитраты до молекулярного азота.
В почве развиваются без доступа воздуха и в щелочной
среде.
Косвенная денитрификация осуществляется чисто химическим путем при взаимодействии азотистой кислоты с
аминными соединениями.
29. Круговорот углерода
Углерод (СО2) входит в состав органических соединений,
которые являются продуктами фотосинтеза. В воздухе его
содержится немногим более 0,03% (по объему). Такая концентрация углекислоты в атмосфере поддерживается
относительно постоянной в результате динамического
равновесия между фотосинтезом и минерализацией. О
значимости
круговорота
углерода
в
природе
свидетельствует расчет: весь углерод атмосферы в случае
отсутствия пополнения был бы полностью исчерпан при
современной скорости фотосинтеза менее чем за 20 лет.
Велика роль микроорганизмов в поддержании равновесия и
круговорота СО2 на нашей планете. При минерализации
органических веществ они образуют почти столькоже
углерода, сколько используется растениями в процессе
фотосинтеза.
Спиртовое брожение. При спиртовом брожении микроорганизмы превращают углеводы (сахара) с образованием этилового спирта как основного продукта и углекислоты:
C6Hi206=2CH3CH2+2CO2+27 кДж. К возбудителям спиртового брожения относятся некоторые дрожжи, главным образом из рода Saccharomyces (S. cerevisiae, S. Mobusus, S. vini
и др.). В промышленности используются культуральные
дрожжи.
Молочнокислое брожение. При молочнокислом брожении
происходит распад углеводов, а также многоатомных
спиртов и белков до молочной кислоты. В зависимости от
того, какие продукты образуются при сбраживании глюкозы
— только молочная кислота или также и другие
органические продукты и СО2 — молочнокислые бактерии
принято
подразделять
на
гомоферментативные
и
гетероферментативные. Это деление отражает различия в
путях катаболизма углеводов.
Гомоферментативное
молочнокислое
брожение.
Гомоферментативные молочнокислые бактерии образуют
практически только одну молочную кислоту, что обусловлено кокковыми и палочковыми молочнокислыми бактериями. Кокковые формы включены в род Streptococcus, к которому отнесены виды Str. lactis, Str. cremoris, Str. diacetilactis, Str. thermophilus.
Гетероферментативное молочнокислое брожение. Его
осуществляют
представители
родов
Leuconostoc,
Lactobacillus, Bifidobacterium.
Маслянокислое брожение. Маслянокислое брожение обусловливают некоторые бактерии из рода Clostridium. Типичный представитель — Cl. butyricum. Это крупная палочка
длиной от 2 до 10 мкм, подвижна, грамположительна, образует споры, анаэроб. В качестве источника углерода используют моно- и дисахариды, некоторые полисахариды (декстрин, крахмал), молочную, пировиноградную кислоты,
ман-нит, глицерин и другие соединения.
Маслянокислое брожение иногда бывает нежелательным.
Например, при его развитии в заквашиваемых кормах белковая часть корма разлагается,-образуемая масляная кислота
ухудшает качество корма, происходит его прогоркание.
Животные плохо поедают такой корм.
30. ТИПЫ БИОТИЧЕСКИХ ВЗАИМООТНОШЕНИИ
МИКРООРГАНИЗМОВ
Из огромного числа микроорганизмов, встречающихся
в природе, только незначительная часть болезнетворна.
В процессе многовековой эволюции одни виды
микробов, приспособившись к извлечению пищевых
ресурсов из неживой природы, до сего времени
остаются свободноживущими, другие виды постепенно
адаптировались к сожительству с животными или
растениями и за счет их получают питательные вещества.
Мутуализмом называют такое сожительство, когда оба
симбионта — хозяин и микроб — получают взаимную
выгоду. Некоторые виды бактерий, обитая в кишечнике,
продуцируют витамины, которые используются в
организме животных для биокаталитических реакций.
Комменсализм (франц. commensae — сотрапезник) —
такая форма сожительства, когда один из симбионтов (в
данном случае микроб) живет за счет хозяина,
пользуется его защитой, но не причиняет хозяину
никакого вреда.
Паразитизм (parasitos — нахлебник)—такая форма
сожительства, когда микробы-паразиты питаются
компонентами тканей хозяина, при этом причиняют ему
вред, вызывая инфекционную болезнь. Такие
микроорганизмы называются патогенными.
31. ПОНЯТИЕ ОБ ИНФЕКЦИИ, ИНФЕКЦИОННОМ
ПРОЦЕССЕ И ИНФЕКЦИОННОЙ БОЛЕЗНИ
Среди многочисленных заболеваний, которым
подвержены человек и животные, инфекционные
болезни занимают особое место, так как появление их
обязано встрече с болезнетворными микробами. На
современном этапе развития науки под инфекцией (от
лат. infectio — впитывание, заражение) понимают
состояние зараженности, при котором развивается
эволюционно сложившийся комплекс биологических
реакций взаимодействия макроорганизма и патогенных
микробов.
Инфекционный процесс, с одной стороны, включает
внедрение, размножение и распространение
патогенного микроба в организме, а с другой —
реакцию организма на это действие.
1. Инфекционная болезнь вызывается определенным
специфическим возбудителем. 2. Заболевший организм
сам становится источником возбудителя инфекции,
который выделяется из больного организма и заражает
здоровых животных, то есть инфекционной болезни
присущи заразность, микробоносительство. 3. В больном организме происходят процессы образования
специфических антител, в результате этого организм
после выздоровления становится в большинстве случаев
иммунным, то есть невосприимчивым к повторному
заражению тем же возбудителем.
Инфекционный процесс характеризуется цикличным
развитием и включает в себя следующие периоды:
инкубационный, продромальный, клинический (разгар
болезни), выздоровление (реконвалесценция).
32. ПАТОГЕННОСТЬ И ВИРУЛЕНТНОСТЬ
МИКРООРГАНИЗМОВ
Чтобы возникла инфекционная болезнь, необходимо наличие
возбудителя, обладающего патогенностью вообще и
вирулентностью в частности. Одинаковы ли эти понятия?
Патогенность микроба — видовой генетический признак, его
потенциальная возможность: вызвать при благоприятных условиях инфекционный процесс. По этому признаку все существующие микроорганизмы подразделяют на патогенные,
условно-патогенные и сапрофиты. Фактически все возбудители
инфекционных болезней являются патогенными, но далеко не все
из них способны вызвать инфекционную болезнь. Чтобы это
произошло, микроорганизм, хотя и принадлежащий к
патогенному виду, должен обладать вирулентностью.
Микроорганизм считается вирулентным, если он при внедрении в
огранизм животного, даже в исключительно малых дозах,
приводит к развитию инфекционного процесса.
Вирулентность— это степень патогенное™ конкретного
микроорганизма. Ее можно измерить. За единицу измерения
вирулентности условно приняты летальная и инфицирующая
дозы.
Высоковирулентные микроорганизмы способны вызвать
заболевание животных или человека в самых малых дозах.
Пассирование (последовательное проведение) возбудителя
какой-либо инфекционной болезни через определенный вид
животного от зараженного к здоровому, например, возбудителя
рожи свиней через организм кролика, ослабляет вирулентность
для свиней, но усиливает ее для самих кроликов.
Вирулентность микроорганизмов связана с токсигенно-стью и
инвазивностью.
Токсигенность (греч. toxicum — яд и лат. genus —
происхождение) — способность микроба образовывать токсины,
которые вредно действуют на макроорганизм, путем изменения
его метаболических функций.
Инвазивность (лат. invasio — нашествие, нападение) —
способность микроба преодолевать защитные барьеры
организма, проникать в органы, ткани и полости, размножаться в
них и подавлять защитные средства макроорганизма.
37. Иммунитет (от лат. immunitas — освобождение от чеголибо)— врожденная или приобретенная способность макрооргаиизма к защите, специфически направленная против любых
генетически чужеродных для него агентов.
Естественный (врожденный) иммунитет (видовой, породный,
индивидуальный) — это невосприимчивость к инфекционным
агентам, детерминированная в геноме и проявляемая
посредством количества и порядка расположения ганглиозидов
определенного типа на поверхности мембран клеток. Этот вид
иммунитета свойственен животным определенного вида к
определенному возбудителю инфекции и передается из
поколения в поколение.
Приобретенный (специфический) иммунитет. Характерная
особенность приобретенного иммунитета — его специфичность,
то есть устойчивость организма только к определенному
возбудителю болезни. Приобретенный иммунитет подразделяют
на естественный и искусственный. Естественно приобретенный
иммунитет, в свою очередь, делят на активный и пассивный.
Активный (постинфекционный) образуется после естественного
переболевания животного.
33. Основные факторы патогенности микробов. Под факторами патогенности понимают приспособительные механизмы
возбудителей инфекционных болезней к меняющимся условиям
макроорганизма, Синтезируемые в виде специализированных
структурных или функциональных молекул, при помощи
Которых они учавствуют в осуществлении инфекционного
процесса. По функциоиальному значению их разделяют на
четыре группы: 1) микробные ферменты, деполимеризующие
структуры, препятствующие проникновению и распространению
возбудителя в макроорганизме; 2) поверхностные структуры
бактерий, способствующие закреплению их в макроорганизме; 3)
поверхностные структуры бактерий, обладающие
антифагоцитарным действием; 4) факторы патогенности с
токсической функцией.
К первой группе относятся:
Гшлуронидаза. Действие этого фермента в основном 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.
Фибринолизин. Некоторые штаммы гемолитического стрептококка, стафилококков, мершими синтезируют фибринолизин,
который разжифкает плотные сгустки крови (фибрин).
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.
ДНК-азы (дезоксирибонуклеаза) деполимеривуют нуклеиновую
кислоту, обычно появляющуюся при разрушения лейкоцитов в
воспалительном очаге на месте внедрения микробов.
Коллагсназа гидролизует входящие в состав коллагена,
желатина и других соединений пептиды, содержащие продли.
Коагулаза. Цитратная или оксалатная кровяная плазма человека и
животных быстро свертывается вирулентными штаммами
золотистого стафилококка, таким же свойством обладают
некоторые штаммы кишечной палочки и сенной бациллы.
Вторая группа .включает в себя патогенные микроорганизмы,
у которых обнаружены ворсинки, жгутики., пили,
рибитотейхоевые и липотейхоевые кислоты, липопротеиды и
липополисахариды, способствующие закреплению их в
макооорганизме. Это явление названо адгезией, то есть способностью микроба адсорбироваться (прилипать) на чувствительных
клетках.
Третья группа включает в себя бактерии, содержащие
поверхностные структуры, обладающие антифагоцитарньим
действием. К ним относятся А-протеин золотистого стафилококка, М-горотеин пиогенного стрептококка, vi-антиген
сальмонелл, липиды корд-фактора мгакобактерий туберкулеза и
др.
Лейкоцидин. Установлено, что некоторые грамположительные
кокки (стафилококки, стрептококки) могут вырабатывать особый
вид экзотоксина — лейкоцидин, парализующий активность
лейкоцитов и разрушающий их.
Нейротоксины обладают выраженной тропностью: к центральной
нервной ткани (тетанолизин — токсин столбнячного микроба); к
периферической ткани (ботулинические нейротоксипы); к
отдельным звеньям симпатической нервной системы,
нейрогуморальной системе и др.
Энтеротоксины — белки, вызывающие расстройства желудочнокишечного тракта у животных. Способность энтеротоксинов
повышать проницаемость сосудов и выход жидкости, ионов
натрия и хлоридов кальция в просвет кишечника приводит к
нарушению обменных процессов и развитию диарей.
Некротоксин (гистотоксин) приводит ткань к омертвению,
тормозит тепларегуляцию, понижая температуру тела
46. В зависимости от механизмов защиты организма различают
также гуморальный и клеточный иммунитет. Гуморальный
иммунитет обусловливается выработкой в зараженном организме
специфических антител, клеточный — за счет образования
специфических, реагирующих с возбудителем (антигенам), Тлимфоцитов.
Гуморальный иммунитет. Это одна из форм приобретенного
иммунитета, играет важную роль в противоинфекционной защите
организма и обусловливается специфическими антителами,
выработанными в ответ на чужеродный антиген. .Гуморальный
иммунитет определяется по наличию в крови специфических
антител, наиболее ярко проявляется в нейтрализации
бактериальных токсинов антитоксинами (при столбняке,
ботулизме, анаэробных инфекциях), в реакции нейтрализации
вирусов вируснейтрализующими антителами, в сенсибилизации
бактерий к фагоцитозу и бактериолизу.
Клеточныи иммунитет. Клеточный иммунитет по ряду признаков
принципиально отличается от гуморального, и в первую очередь
тем, что эффекторными элементами клеточного иммунитета
являются Т-лимфоциты, а гуморального — плазматические
клетки. Эту форму реакции организма на антиген в связи с
особенностями клеточного иммунного ответа принято называть
клеточным иммунитетом. Термин «клеточный иммунитет» в
иммунологической литературе употребляется в качестве
синонима другого термина — «повышенная чувствительность
замедленного типа», получившего такое название потому, что ее
.классические проявления (феномен Коха, реакция на
туберкулин) развиваются в более поздние сроки, чем
повышенная чувствительность немедленного типа (анафилаксия).
Клеточный иммунитет имеет особое значение при инфекциях,
вызванных многими вирусами, бактериями, грибами, при
отторжении трансплаитанта, в противоопухолевом иммунитете и
при аутоиммунных заболеваниях. Например, вирусы, бактерии,
грибы, находящиеся и размножающиеся внутри клетки, могут
быть уничтожены только при помощи реакций клеточного
иммунитета.
В становлении и развитии клеточного иммунитета различают три
фазы: 1) распознавание антигена; 2) образование эффекторных
клеток и клеток памяти; 3) эффекторную, обусловленную
действием клеток-эффекторов или синтезируемых ими
медиаторов.
42. Механизм образование антител. Установлено, что
антитела вырабатываются плазматическими клетками,
находящимися в селезенке, лимфатических узлах,
костном мозге, пейеровых бляшках. Плазматические
клетки (антитело-продуценты) происходят из
предшественников В-клеток, подвергшихся контакту с
антигеном. В-клетки и их потомки функционируют по
клепальному принципу: по мере развития иммунного
ответа они дифференцируются, пролиферируют и
созревают. Механизм синтеза антител не отличается от
синтеза любых белков. Синтез молекул антител
происходит на полирибосомах. Легкие и тяжелые цепи,
из которых состоит молекула антител, синтезируются
раздельно, затем соединяются на полирибосомах, и
окончательная сборка происходит в пластинчатом
комплексе. Одна плазматическая клетка может
переключаться с синтеза IgM на синтез IgG.
При первичном иммунном ответе в
антителообразовании различают две фазы:
индуктивную (латентную) и продуктивную.
Индуктивная фаза—от момента парентерального введения антигена до появления лимфоидных антигенреактивных клеток. Продолжительность этой фазы не
более суток. В этот период происходит пролиферация и
дифференцировка лимфоидных клеток в направлении
синтеза иммуноглобулина класса IgM. Вслед за
индуктивной фазой наступает продуктивная фаза
антителообразования. В этот период, примерно до 10—
15-го дня, кривая антител резко возрастает, уменьшается число клеток, синтезирующих IgM, начинает
нарастать продукция IgG.
В случае повторной иммунизации спустя 2—4 нед и
даже несколько месяцев и лет организм может ответить
усиленной выработкой иммуноглобулинов на
гомологичный и даже гетерологичный антигены. Эта
реакция получила название вторичного иммунного
ответа; она базируется на иммунологической памяти
41.
Антитела—это
специфические
белки
иммуноглобули-ны,
образующиеся
в
организме
определенным типом клеток под воздействием антигена
и обладающие свойством специфически с ним
связываться.
Антитела являются важным специфическим фактором
защиты организма против возбудителей болезней и
генетически чужеродных веществ. Они образуются в
организме в результате естественного инфицирования,
вакцинации живыми или убитыми вакцинами, контакта
лимфоидной системы с чужеродными клетками или
тканями (трансплантанты) либо с собственными
аутоантигенами.
Структурная организация Ig. Иммуноглобулины —
белки с четвертичной структурой, то есть молекулы
построены из нескольких полипептидных цепей.
Молекула каждого класса состоит из четырех
полипептидных цепей — двух тяжелых и двух легких,
связанных между собой дисульфидными мостиками.
Легкие цепи (L) являются общими для всех классов и
подклассов. Тяжелые цепи (Н) имеют характерные особенности строения у каждого класса (подкласса).
Легкие цепи подразделены на два типа: % (каппа) и Я.
(лямбда). Тяжелые цепи обозначаются греческими
буквами: у (гамма), № (мю), а (альфа), б (дельта) и S
(эпсилон)—соответственно латинскому обозначению
того или иного класса иммуноглобулинов: IgG, IgM,
IgA и др.
Следует отметить, что при анализе аминокислотной
последовательности
полипептидных
цепей
иммуноглобулинов оказалось, что в каждой цепи
существуют участки длиной около ПО аминокислотных
остатков, обладающих высокой степенью подобия
первичной и пространственной структур, стабилизированных дисульфидной связью; такие участки цепей
иммуноглобулинов были названы доменами.