Основи мікробіології

Клітини дріжджів на 75% складаються з води. Суха речовина містить 90-95% органічних сполук – білків (30-75%), вуглеводів (25-50%), ліпідів (2-5%). Деякі дріжджі здатні синтезувати пігменти каротиноїди (Rhodotorula, Rhodosporidium).

Способи розмноження дріжджів

Дріжджі розмножуються вегетативно і за допомогою спороутворення, яке буває статевим і безстатевим. До вегетативних способів розмноження відносяться брунькування, поділ, брунькування поділом. При будь-якому вегетативному способі розмноження попередньо відбувається ділення ядра.

Вегетативне розмноження. Брунькування – найбільш розповсюджений спосіб розмноження. Воно характерне для дріжджів, що мають кулясту і овальну форму.

Розмноження поділом відбувається внаслідок утворення в дріжджовій клітині однієї або декількох поперечних перегородок – септ. Цей спосіб розмноження характерний для дріжджів циліндричної форми.

Брунькування поділом характеризується тим, що утворення дочірніх клітин починається з брунькування, а закінчується утворенням добре помітної септи в районі перешийка. Такий спосіб характерний для дріжджів лимоноподібної форми.

Спороутворення спостерігається у дріжджів при несприятливих умовах і відбувається після багаторазового розмноження шляхом брунькування. Оптимальна температура спороутворення 20-30°С.

Безстатеве спороутворення відбувається без попереднього злиття дріжджових клітин. Ядро ділиться на декілька частин – відповідно числу майбутніх спор. Ці спори знаходяться всередині материнської дріжджової клітини. Клітина виконує роль аска, тому наз. аскоспорами. При дозріванні аскоспор оболонка клітини розривається і спори попадають у зовнішнє середовище і проростають у вегетативні клітини.

Статеве розмноження дріжджів відбувається шляхом копуляції. Внаслідок копуляції можуть утворюватися аскоспори (у аскоміцетів) або екзогенні спори спори дії (у базидіоміцетів).

В цілому, спороутворення у дріжджів має подвійну функцію: розмноження і формування стійких видів. Спори дріжджів менш стійкі, ніж спори бактерій. Вони витримують температуру тільки на 10°С більшу, ніж вегетативні клітини дріжджів.

Характеристика найважливіших для промисловості родів дріжджів

Найбільше значення мають «культурні» дріжджі роду Saccharomyces, які викликають енергійне спиртове бродіння. У виробництві етилового спирту, пива, квасу, при приготуванні дріжджового тіста використовуються дріжджі Saccharomyces cerevisiae. Ці дріжджі мають овальну форму.

У хлібопеченні використовують раси дріжджів Saccharomyces cerevisiae, що активно виділяють вуглекислий газ, який сприяє доброму розпушенню і підніманню тіста.

Дріжджі поділяються на верхові та низові.

Верхові дріжджі здійснюють процес бродіння при відносно високих температурах (20-28°С). Процес бродіння відбувається бурхливо і забезпечує високий вихід спирту.

У виноробстві та пивоварстві використовують низові дріжджі. Низові дріжджі здійснюють процес бродіння при відносно низьких температурах (5-10°С). Спиртове бродіння протікає більш спокійно. Вони утворюють порівняно мало піни і каламуті, формують компактний осад у вигляді пластівців. Найбільш поширені у виноробстві винні дріжджі Saccharomyces vini, які мають еліптичну фору. До «диких» дріжджів відносяться дріжджі роду Zygosaccharomyces rautensteinii. Ці дріжджі осмофільні. Розвиваються при високих концентраціях цукру і солі (60-80%). Можуть псувати мед, сироп, варення, джем, згущене молоко з цукром, засолене м’ясо та рибу. Розмножуються статевим шляхом, викликають дуже повільне бродіння і в результаті накопичують до 10% спирту.

Дріжджі роду Schizosaccharomyces pombe є енергійними збудниками спиртового бродіння, але воно відбувається повільно. Можуть зброджувати глюкозу, сахарозу, мальтозу і декстрини, також яблучну кислоту в спирт і вуглекислий газ. Мають циліндричну форму із закругленими кінцями. Розмножування відбувається поділом. Використовують у виробництві рому і деяких сортів пива.

Дріжджі роду Saccharomycodes мають великі розміри, розмножуються брунькуванням поділом. Молоді клітини овальної форми, а дозрілі – лимоноподібної. Здійснюють спиртове бродіння з утворенням до 10% спирту. Це шкідники виноробства, які викликають помутніння вин, утворюють оцтово-кислий ефір, що надає вину гострий неприємний прокислий запах.

Рід Candida має клітини овальної і циліндричної форми. Вони є аспарогенні дріжджі. Рід Candida розмножується брунькуванням. Не викликають спиртового бродіння і тому є шкідниками бродильного виробництва.

Деякі види цього роду завдають шкоди дріжджовому виробництву, тому що якість хлібопекарських дріжджів знижується. Різні види роду Candida використовуються для отримання кормового білка та білково-вітамінних концентратів. З 500кг дріжджів можна отримати 50т білка. Існують патогенні види, які викликають кандидози, тобто уражають слизові оболонки рота, а інколи шкіри.

Дріжджі роду Torulopsis викликають спиртове бродіння і тому використовуються у виробництві кефіру і кумису. Мають кулясту, інколи овальну форму. Розмноження – численне брунькування. У виноробстві вважаються шкідниками, тому що утворюють слиз. Деякі дріжджі цього роду використовують для промислового одержання кормового білка.

Дріжджі роду Rhodotorulа відіграють певну роль у виробництві молочнокислих продуктів. Дріжджі можуть розмножуватися у молоці і мають здатність зброджувати лактозу. Але розвиток дріжджів в молоці більш повільний, ніж молочнокислих бактерій. Молочнокислі продукти, що виробляються з використанням заквасок дріжджів, мають лікувально-профілактичні властивості, тому що дріжджі синтезують антибіотичні речовини, активні проти патогенних штамів кишкової палички і збудника туберкульозу.

Віруси

Відмінні ознаки вірусів, будова віріонів, морфологія вірусів

В 1880 році Пастер застосував вакцини для лікування сказу, але про вірусну природу цієї інфекції, в той час було ще невідомо. Основоположником вірусології зїявися Івановський, він в 1892 р. відкрив збудника тютюнової мозаїки, якого не затримував бактеріальний фільтр.

Віруси (від лат. virus - отрута) –особлива форма життя, для якої відмінними ознаками, за якими вона відрізняється від інших живих істот є те, що віруси не мають клітинної будови, містять тільки один вид нуклеїнової кислоти та не здатні репродуктувати поза живою клітиною. Віруси – облігатні паразити.

Окрема зріла вірусна частка одержала назву віріон. Віріон складається з однієї молекули нуклеїнової кислоти та білкової оболонки. Оболонку віріонів називають капсидом (від сарsa – вмістилище). Капсиди утворюються з білкових субодиниць (поліпептидів), які називаються капсомерами. Їх кількість та метод укладки є постійним для кожного виду вірусів і використовується як таксономічна ознака.

Капсид віконує захисні йункцї і має досить високу стабільність до різних факторів внутрішньоклітинного середовища і особливо, до дії протеолітичних ферментів. Друга функція капсида полягає у забезпеченні адсорбції вірусів лише на тих клітинах, де може відбуватись їх розмноження.

У вірусів носієм генетичної інформації можуть бути як молекули ДНК, так і молекули РНК.

Розміри вірусів коливаються у межах від 8 до 750нм. Вони проходять крізь бактеріальні фільтри, а побачити їх можна тільки за допомогою електронного мікроскопа. Віруси – ультрамікроорганізми.

За формою віріонів віруси поділяються на:

паличкоподібні (віруси тютюнової мозаїки, сказу та ін.),

сферичні (віруси грипу, курячої саркоми, кору та ін.),

кубовидні (віруси натуральної віспи, папіломи людини і тварин, аденовіруси, ентеровіруси тощо),

ниткоподібні (віруси мозаїки пшениці, квасолі, сої, кавунів)

булавовидні (віруси бактерій).

Хімічний склад вірусів та їх відношення до факторів навколишнього середовища

Елементарний склад віріонів в середньому може характеризуватись такими показниками (%):

вуглець – 50 - фосфор – 0,4-0,5

кисень – 20 - сірка – 0,1-0,2

водень – 7 - зольні елементи – 2,5

азот – 16

До складу простих вірусів входить нуклеїнова кислота та білок. Складні віруси містять також ліпіди, вуглеводи та ферменти.

Нуклеїнова кислота (ДНК або РНК) становить від 1% до 40% маси віріона.

Маса білків становить 70-90%, які поділяються на структурні та не структурні.

Кількість ліпідів – 15-35%, кількість вуглеводів – 10%.

Віруси не чутливі до дії низьких температур. При дії високих температур більшість вірусів інактивується. Але вірус гепатиту термостійкий. Кислоти, луги, дезінфікуючі речовини активно знищують віруси. Ультрафіолетові промені проявляють сильну інактивуючу дію. Деякі віруси, інактивовані формаліном, зберігають імуногенні властивості, що дозволяє використовувати формалін для одержання вакцин.

Класифікація вірусів

Віруси характеризуються специфічністю, тому залежно від того, які організми вони вражають (на яких паразитують), їх поділяють на:

1) віруси рослин (фітопатогенні), які поділяються на спіральні паличкоподібні (вірус тютюнової мозаїки), спіральні ниткоподібні (х-вірус картоплі, вірус жовтухи цукрового буряка), сферичні або ікосаедричні (вірус некрозу тютюну), бацилоподібні або кулясті (вірус карликової кукурудзи, жовтої карликової картоплі, мозаїки озимиї пшениці).

Генетичним матеріалом фітопатогенних вірусів найчастіше служить РНК.

Вірусні хвороби рослин є хронічними і одужання не настає.

2) віруси, патогенні для тварин та людини. Відомо більше 500 видів. Вони містять або одноланцюгову РНК, або дволанцюгову ДНК. Деякі віруси вражають тільки один вид тварин. Потрапляють до організму людини контактним шляхом (вірус герпесу), через дихальні шляхи (віруси грипу, кору, віспи), з їжею або водою через кишково-шлунковий шлях (віруси поліомієліту, гепатиту А), через кров при укусах комах і тварин (віруси енцефаліту, сказу), при ін’єкціях (вірус гепатиту В, вірус набутого імунодефіциту)

Для лікування людей застосовують людський інтерферон.

3) віруси бактерій (бактеріофаги). Це віруси, що паразитують у бактеріальних клітинах.

Бактеріофаг – це віруси, що паразитують у бактеріальних клітинах. Більшість родин бактеріофагів містить дволанцюгову ДНК, але є такі, що мають одно ланцюгову ДНК; бактеріофаги двох родин містять одно-ланцюгову РНК. Дія фагів на бактерії строго специфічна – кожний з них викликає загибель лише певного виду бактерій. Фаги інфікують і руйнують лише молоді клітини, що розвиваються. Більшість фагів складається з багатогранної головки і хвостового відростка. Розмір головки фага 40-140 нм. Розмір хвостового відростка може досягати 250 нм в довжину і 25 нм в ширину.

Застосування фагів. Основане на їх суворій специфічності і властивості руйнувати мікробні клітини або вступати з ними у симбіоз. В наш час фаги широко застосовують при лікуванні і профілактиці стафілококових і стрептококових захворювань, особливо таких, які не піддаються дії антибіотиків, а також холери і чуми. Фагопрофілактику проводять у період підйому захворюваності і загрозі виникнення епідемій. Немає протипоказань до застосування фага, вони не шкідливі для людей і діють вибірково, лізуючи лише певні мікроби. Проводиться індивідуальний підбор фага. Фаги випускаються фармакологічною промисловістю у рідкій та сухій формі. Фаги використовують для ідентифікації виду бактерій – збудників інфекційних захворювань.

У промисловості фаги можуть вражати клітини бактерій та інших мікроорганізмів. Бактеріофаги приносять велику шкоду молочній промисловості.

Основні шляхи попередження розвитку бактеріофага: підтримка асептичних умов вирощування заквасок, заміна заквасок, чергування в заквасках штамів, які не чутливі до великої кількості типів бактеріофагів та ін.

Практичне застосування фагів. Застосування фагів базується на їх строгій специфічності і здатності руйнувати мікробні клітини або вступати з ними в симбіоз.

1. Фагопрофілактика та фаготерапія. Попередження та лікування інфекцій за допомогою фагів базується на тому, що зустрівши в організмі хворого збудника захворювання, фаг знищує його.

В даний момент фаги широко застосовують при лікуванні та профілактиці стафілококових та стрептококкових захворювань, особливо таких, які не піддаються дії антибіотиків. Цінним фактором являється те, що нема протипоказань до застосування фагів, вони нешкідливі для людей та діють вибірково, тобто лізують тільки визначенні мікроорганізми.

Однак застосування фагів для лікування захворбвань незавжди ефективно. Це обумовлюється великою кількістб фаготипів одного й того ж збудника. Що потребує індивідуального добіру фагу.

2. Фагодіагностика та ідентифікування видів. Використовують відомі (діагностичні) фаги для ідентифікації виа культур бактерій – збудників інфекціонних захворювань. Індивідуальні культури відповідають тому фагу, який її лізував. Сувора специфічність дає можливість типувати варіанти усередині виду.

Фізіологія мікроорганізмів

Вивчає життєві функції мікроорганізмів:

обмін речовин,

живлення,

дихання,

ріст і розвиток,

розмноження,

реакції на зовнішні подразники,

пластичність,

інтенсивність взаємодії з факторами середовища.

Фізіологія являється науковою основою промислового використання мікроорганізмів у мікробіологічних виробництвах біологічно активних речовин (БАР), ферментів, вітамінів, антибіотиків, амінокислот, органічних кислот.

Мікроорганізми здатні до синтезу різних біологічно активних речовин, а деякі з них – до надмірного синтезу окремих речовин – метаболітів, ці мікроорганізми звуть продуцентами. Чиста культура – продуцент певної БАР є головним компонентом мікробного синтезу. Показниками культури, її якості є ступінь і термін накопичення цільової речовини, висока швидкість росту, чутливість до джерел вуглецю і супутних сполук живильного середовища. Мікробіологічне виробництво – багатостадійний процес підготовки, ферментації, сепарування, вилучення цільового продукту в асептичних умовах.

Хімічний склад мікроорганізмів

Хімічний склад клітин мікроорганізмів практично не відрізняється від складу клітин інших живих істот біосфери. Основну частину маси вегетативної клітини складає вода – 70-90%, вміст сухої речовини від 10 до 30%. Суха частка мікробної клітини на 85-97% представлена органічними сполуками, на 3-15% - мінеральні речовини.

Вода буває в двох станах: вільна і зв’язана. Вільна – розчинник, джерело іонів Н+, ОН-, учасник ферментолізу, транспорту речовин. Друга– існує в 4-ох видах – хімічно-, адсорбційно-, осмотично- і механічно зв’язана вода.

Вміст води в клітинах мікроорганізмів впливає на їх життєздатність, їх стан, тому втрата вільної води переводить клітину до анабіозу, а зв’язаної – до загибелі клітин (абіозу).

Вміст білків складає 50-80% сухої речовини, вони є основними і нийважливішими біополімерами в біомасі мікроорганізмів. Білки являються будівельним матеріалом і виконують катлітичну, транспортну, регулюючу, антигенну функції. Білки – ферменти забезпечують протікання біохімічних реакцій. В залежності від їх локалізації розрізняють екзоферменти, які клітина продукує назовні для забезпечення позаклітинного травлення, та еноферменти – каталізатори внутрішньоклітинного метаболізма. Набор ферментів являється характеристикой певних видів. Здатність синтезувати конститутивні ферменти кодується клітинним геномом, являється постійною ознакою, і не залежить від субстрату. Адаптивні або індуцибельні ферменти синтезуються при зміні факторів середовища. Нуклеопротеїди і нуклеїнові кислоти відповідають за процеси спадковості і мінливості.

Прості і складні вуглеводи виконують запасну, енергетичну. Захисну, будівельну, антигенну та інші функції.

Ліпіди мікроорганізмів входять до складу біомембран і клітинних стінок, являються джерелом енергії, виконують функцію запаса. Від концентрації ПНЖК залежить резистентність деяких бактерій до дії високих і низьких температур.

Здатність окремих видів продукувати пігменти використовується для ідентифікації видв мікроорганізмів. Існують бактерії, які не здатні синтезувати вітаміни, але їх життєдіяльність залежить від концентрації факторів росту в середовище. Такі мікроорганізми називають ауксотрофами. Певні види молочнокислих бактерій застосовують як живі тест – культури для визначення концентрації вітамінів.

Кількісно, в залежності від критерія, елементи поділяють на макро-, мікро- і ультрамікроелементи. Основу органічних речовин складають біоелементи або органогени. До органічних сполук мікроорганізмів відносяться: білки, нуклеїнові кислоти, вуглеводи, ліпіди, вітаміни, токсини, пігменти. Вміст білків складає 50-80% сухої речовини, вони є будівельним матеріалом клітини. Вміст нуклеїнових кислот у клітині залежно від виду бактерій і поживного середовища коливається від 10 до 30 % на суху речовину. Концентрація вуглеводів становить 12-28%, вони використовуються клітинами для синтезу різних сполук та як джерело енергії. Ліпіди складають 3-10% на суху речовину, і виконують функції енергетичного матеріала або запасних поживних речовин.

Види обміну речовин у мікроорганізмів

Важлива, суттєва, віждміна риса мікробіоти – метаболізм - сукупність процесів, що відбуваються у клітинах в процесі життєдіяльності. Він складається з двох різноспрямованих потоків реакцій: конструктивного та енергетичного метаболізму.

Конструктивний обмін (анаболізм) має місце, коли з речовин, що надходять зовні, та енергії синтезуються речовини клітини.

Енергетичний обмін (катаболізм ) – реакції розкладання органічних субстратів з утворенням макроергічних зв’язків АТФ. Енергетичнй та конструктивний метаболізми одночасні, тісно пов’язані. Виділення енергії відбувається в процесі дихання під впливом окисно-відновних ферментів.

Усі бактерії за типом дихання діляться на аеробів та анаеробів.

Аероби - бактеріальні клітини, які окислюють органічні субстрати з виділенням енергії за реакцією: С6Н12О6+6О2=>6СО2+6Н2О+Q. Енергія, яка вивільняється, застосовується бактеріями на біосинтез, структур клітини, механічну роботу або виділяється у вигляді світової та теплової енергії. При термогенезі бактеріальні клітини продукують назовні теплову енергію. Це явище виникає при самозігріванні або самозапалюванні зерна з низькою теплопровідністю при t=80-90 0С. Мікроорганізми які здатні перетворювати хімічну енергію макроергічних зв’язків АТФ в світло називаються фотогенними. (Photobacterium phosphoreum)

Анаероби – бактерії, які не можуть застосовувати атмосферний кисень. Для одержання енергії вони використовують анаеробні дегідрогенази. Цей тип відкрив Пастер і дав назву бродіння (спиртове, маслянокисле).

Розрізняють підтипи: облігатні; факультативні типи дахання. До Облігатні аеробів відносяться сарцини, вібріон холери, micromycetes, плівчасті дріжджі, mycobacterium. Факультативних аеробів не виявлено. Мікроаерофіли потребують кисень в незначній кількості (Thamnidium, Cladosporium). Облігатних анаеробів в лабораторії культивують на середовищі Китт-Тароцці. До них відносяться: , Clostridium sporogenes, Clostridium putrificum, Escherichia coli i Proteus vulgaris. Вони являються факультативними анаеробами.

Типи живлення

У класифікації типів живлення використовується сучасна термінологія, запропонована у 1946 році на мікробіологічному симпозіумі. На базі трьох критеріїв розглядається кілька типів живлення:

щодо джерела вуглецю (автотрофія, гетеротрофія);

щодо донора електронів (органотрофія, гетеротрофія);

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7