Спорообразование у микроорганизмов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Спорообразование у микроорганизмов

Бактерии рода Bacillis Clostnidium и Pesuifotoma Culum, так же как и отдельные виды кокки и спириллы, способны образовать споры (эндоспоры) - тельца сферической формы, устойчивые к воздействию неблагоприятных факторов. Споры преломляют свет и четко видны в световом микроскопе. Как правило, внутри бактериальной клетки образуется только одна спора. Однако в последнее время у отдельных видов Clostnidium обнаружены клетки с двумя и более спорами. Обычно спорообразование начинается, когда бактерия испытывает недостаток питательных веществ или когда в среде в большом количестве накапливаются продукты обмена веществ бактерий. Поэтому споры можно рассматривать как приспособление организма для выживания в неблагоприятных условиях среды.

Формирование спор зависит от условия роста. Споры могут оставаться живыми в условиях, когда вегетативные клетки, то есть клетки, не образовавшие споры, погибают. Большинство спор хорошо переносят высушивание, многие споры нельзя убить даже кипячением в течение нескольких часов. Для их уничтожения требуется температура пара 120єС при давлении 1атм (1,01*10Па). При этих условиях споры погибают через 20 минут. В сухом состоянии они погибают лишь при сильном нагревании (до 150-160) в течение нескольких часов. Споры отдельных видов бактерий отличаются особенной термоустойчивостью. В результате неравномерного деления бактериальной клетки, сопровождающееся впячиванием цитоплазматической мембраны, наблюдается обособление части нуклеоида с небольшой частью цитоплазмы. Образовавшаяся проспора затем покрывается цитоплазматической мембраной бактериальной клетки.

Таким образом, внутри клетки возникает новая клетка-спора, окруженная двумя мембранами. Затем между мембранами образуется кортикальный слой или кортекс, состоящий из особых молекул пептидогликана.

Спорообразование сопровождается активным синтезом белка. Белки эндоспор в отличие от белков вегетативных клеток богаты цистеином и гидрофобными аминокислотами, с чем связывают устойчивость спор к действию неблагоприятных факторов. Содержание ДНК в споре несколько ниже, чем в исходной клетке , поскольку в спору переходит лишь часть генетического материала материнской клетки. Генетический материал поступает в спору в виде полностью реплицированных молекул ДНК. Споры некоторых видов содержат по 2 или 3 копии хромосом. Содержание РНК с споре ниже, чем в вегетативной клетке, и РНК в значительной степени при спорообразованию синтезируется заново. Одним из характерных процессов, сопровождающих образование эндоспор, является накопление в них дипиколиновой кислоты и ионов кальция в эквимолярных количествах. Эти соединения образуют комплекс, локализованный в сердцевине споры. Помимо кальция в эндоспорах обнаружено повышенное содержание других катионов - магний, марганец, калий - с которыми связывают пребывание спор в состоянии покоя и их термоустойчивость.

Дальнейшее развитие споры заключается в образовании нескольких слоев споровых покрытий и ее созревании. Споровые покровы синтезируются в основном из вновь синтезированных особых белков, а также липидов и гликолипидов. Электронномикроскопическое изучение ультратоных срезов многих бактерий показало, что поверх покровов споры образуется еще одна структура - экзеспориум, часто состоящий из ряда слоев и имеющий подчас разнообразную «лепную» форму. Диаметр споры приблизительно равен диаметру клетки, которая при этом несколько расширяется, приобретая вид барабанной палочки. У других спора образуется в центре клетки и последняя либо не меняет формы (род Bacillis), либо расширяется в середине, принимая вид веретена (род Clostnidium).

После созревания споры клеточная стенка вегетативной части клетки разрушается и спора выходит в окружающую среду. При попадании в благоприятные условия спора начинает прорастать.

Прорастанию предшествует поглощение спорой воды и последующее набухание. Затем оболочка, под влиянием давления, вызванного ростом, разрывается, возникает ростовая трубка. В дальнейшем происходит удлинение освободившегося бактериального организма и, наконец, деление уже удлиненной клетки.

Споры бактерий могут длительное время (десятки, сотни и даже тысячи лет) существовать в покоящемся состоянии.

Имеются микроорганизмы, относительно устойчивые к неблагоприятным условиям среды (температура, кислотность, аэрация и др.) покоящиеся клетки - циститы, не являются спорами. Например, азотобактерии образуют циститы, устойчивые к высушиванию и теплу.

Известны и другие группы покоящихся клеток (микроспоры, микробактерии, эндоскопы актиномицетов и др.).

Многие микроорганизмы и их споры вызывают порчу пищевых продуктов, а, попадая в организм человека, вызывают острые пищевые интоксикации. Для того чтобы обезопасить себя и сохранить свежеть пищевых продуктов, прибегают к способам стерилизации. Вот некоторые из них:

Сушка - этот способ заключается в том, что при сушке из исходного продукта удаляется влага, при этом содержание сухих веществ значительно повышается, чем создаются неблагоприятные условия для развития микроорганизмов. Способ широко применяется в домашних условиях для сушки фруктов, грибов, овощей, в пищевой промышленности для заготовки овощей для тех мест, где использование свежих овощей заведомо затруднено (экспедиции, зимовки в экстремальных условиях и т. п.). У некоторых народов заготовка мяса впрок производится также с помощью сушки.

Копчение - к нему прибегают, когда нужно заготовить впрок мясные или рыбные продукты. Основан он на консервирующем действии дыма, который получается при медленном сгорании, вернее, тлении, отходов плодовых деревьев (опилки, стружки, щепа и т. п.). Продукты возгонки (фенол, уксусная кислота, креозот, формальдегид), содержащиеся в дыме, оказывают консервирующее действие на продукт, убивает большинство микроорганизмов, а также придают специфический вкус и аромат.

Соление - под действием соли жизнедеятельность микроорганизмов в любых продуктах заметно снижается, а при содержании соли в продукте свыше 10 % практически прекращается. Солят, в основном, рыбу, мясо, овощи.

Квашение широко применяется в целях сохранения таких овощей, как капуста, огурцы, помидоры, арбузы, яблоки и др. При квашении в рассоле и самом продукте происходит молочнокислое брожение и выделяется молочная кислота, которая препятствует развитию микроорганизмов. При этом добавляемая соль решающей роли не играет. Хранить квашеные продукты целесообразно при пониженной температуре, близкой к нулю (погреб, подвал, ледник).

Маринование - консервирующее действие на продукт оказывается путем добавления в рассол уксусной кислоты и заливки им продукта. Круг маринуемых продуктов весьма широк, но в основном овощи, фрукты.

Охлаждение - консервирующее действие охлаждения состоит в том, что температура сохраняемого продукта понижается до 0°С, при которой жизнедеятельность микроорганизмов сводится практически на нет. Срок хранения различных продуктов при этом способе зависит от самого продукта и колеблется от нескольких дней до нескольких месяцев.

Замораживание - консервирующее действие этого способа сохранения продуктов сходно с охлаждением. Однако в этом случае продукт подвергается быстрому, замораживанию до более низкой температуры -- до 18 -- 20°С ниже нуля и хранится при -18°С. Хранить замороженные продукты (мясо, рыбу, овощи, фрукты, резаную зелень) возможно в течение нескольких месяцев. При оттаивании качество замороженных продуктов практически не снижается. В настоящее время, когда в торговой сети наблюдается обилие морозильных бытовых камер, разных марок и различной вместимости, этот способ сохранения получает все более широкое распространение.

Консервирование сахаром - при содержании в сахарном сиропе сахара свыше 65 % создаются крайне неблагоприятные условия для жизнедеятельности микроорганизмов. Еще более жесткие условия создаются для них, если некоторые ягоды смешиваются в перекрученном на мясорубке состоянии с сахаром (смородина). В результате такие консервы могут храниться при комнатной температуре до нового сезона.

Консервирование с применением консервантов (антисептиков) - к ним относится бензойнокислый натрий, салициловокислый натрий, аспирин (ацетилсалициловая кислота) и др., которые, обладая антисептическими и консервирующими свойствами, тормозят процессы гниения, брожения и, следовательно, способствуют сохранности продукта. Поскольку применение этих антисептиков в домашних условиях приводит к снижению качества сохраняемого продукта, применять их не рекомендуется. Исключение составляет засыпка свежих овощей -- лука, петрушки, укропа, перца поваренной солью или добавление в консервируемые овощи незначительного количества аспирина. Снижение качества конечного продукта при этом способе консервирования не отмечается.

Консервирование теплом - пожалуй, наиболее распространенный способ. Сохранение продуктов от порчи при этом достигается путем предварительного кипячения их в простерилизованной и герметически закрытой таре. В процессе прогревания (стерилизации) или нагревания (пастеризации) продукта микроорганизмы погибают, а вкусовые качества и пищевая ценность продукта сохраняются.

споры микроорганизм питательная среда

Рост и размножение микробных культур в питательной среде

Кривая размножения бактерий

Где N - число живых клеток

t - Время

При составлении питательных сред для микроорганизмов необходимо учитывать их потребность в элементах питания. По составу питательные среды подразделяются на две группы: естественные (натуральные) и синтетические. Естественными обычно называют среды, которые состоят из продуктов животного или растительного происхождения, имеющих сложный неопределенный химический состав. Основой таких сред являются различные части зеленых растений, животные ткани, солод, дрожжи, овощи, навоз, почва, вода морей, озер и минеральных источников.

Большинство из них используется в виде экстрактов или настоев. На естественных средах хорошо развиваются многие микроорганизмы, так как в этих средах имеются, обычно, все компоненты, необходимые для роста и развития. Однако среды с неопределенным составом малопригодны для изучения физиологии обмена веществ микроорганизмов, поскольку они не позволяют учесть потребление ряда компонентов среды, а с другой стороны, выяснить, какие вещества образуются по ходу развития микроорганизмов. Это связано с тем, что состав естественных сред очень сложен; кроме того, он не является постоянным, так как существенно колеблется в зависимости от сырья и способа приготовления сред. Это заметно влияет на рост микроорганизмов. Естественные среды неопределенного состава используются главным образом для поддержания культур микроорганизмов, накопления их биомассы и для диагностических целей. К числу сред неопределенного состава относят и так называемые полусинтетические среды. В их состав наряду с соединениями известной химической природы входят вещества неопределенного состава. Синтетические среды -- это такие среды, в состав которых входят только определенные, химически чистые соединения, взятые в точно указанных концентрациях. Синтетические среды следует готовить на дистиллированной воде. Для разработки синтетических сред, обеспечивающих нормальный рост изучаемого микроорганизма или максимальный биосинтез какого-либо продукта его жизнедеятельности, необходимо знать особенности обмена веществ данного организма и его потребности в источниках питания. В настоящее время в распоряжении микробиологов имеется достаточное количество синтетических сред, не уступающих по своим качествам сложным средам неизвестного состава. Синтетические среды могут иметь относительно большой набор компонентов, но могут быть и довольно простыми по составу. Синтетические среды наиболее удобны для исследования обмена веществ микроорганизмов. Зная точный состав и количество входящих в среду компонентов, можно изучить их потребление и превращение в соответствующие продукты обмена. С. Н. Виноградским в практику микробиологии введены элективные (избирательные) среды для определенных групп микроорганизмов. Эти среды обеспечивают преимущественное развитие одного вида или группы родственных микроорганизмов и менее пригодны или совсем не пригодны для развития других. Зная физиологические особенности соответствующей группы микробов, можно подобрать такие условия культивирования (состав среды, ее активную кислотность, условия аэрации, температуру и др.), при которых будут развиваться лишь микроорганизмы этой группы. Это позволяет вести различные биологические процессы в лаборатории и в производстве без предварительной стерилизации среды. Такие среды применяются главным образом для выделения микроорганизмов из мест их естественного обитания, для получения накопительных культур. Понятие «элективные среды» входит в более широкое понятие «элективные условия». Питательные среды применяют различной консистенции: жидкие, плотные, полужидкие. Плотные питательные среды используют для учета количества бактерий, выделения их в чистую культуру и других целей. Такие среды готовят из жидких, добавляя 1,5--2,5% агар-агара или 10--15% желатина. При приготовлении полужидких сред вносят агар-агар в количестве 0,1--0,2%. По назначению среды разделяют на элективные и дифференциально-диагностические. Элективные среды обеспечивают преимущественное развитие одного или целой физиологической группы микроорганизмов. Например, для преимущественного выделения грамотрицательных бактерий бывает достаточным добавления в питательную среду трифенилметановых красителей (кристаллический фиолетовый, малахитовый зеленый и т. д.). Для выделения стафилоккоков в среду может быть добавлен хлористый натрий в концентрации 7,5 %. При этой концентрации рост других бактерий подавляется. Элективные среды применяются на первом этапе выделения чистой культуры бактерий, т. е. при получении накопительной культуры. Дифференциально-диагностические среды применяются для быстрой идентификации близкородственных видов микроорганизмов, для определения видовой принадлежности, в клинической бактериологии и др. Принцип построения дифференциально-диагностических сред основан на том, что разные виды бактерий различаются между собой по биохимической активности и имеют неодинаковый набор ферментов, расщепляющих субстраты, входящие в состав питательной среды. В состав дифференциально-диагностической среды входят:

а) основная питательная среда, обеспечивающая размножение бактерий;

б) определенный химический субстрат, отношение к которому является диагностическим признаком для данного микроорганизма;

в) цветной индикатор, изменение окраски которого свидетельствует о биохимической реакции и наличии данной ферментной системы у исследуемого микроорганизма.

Например, среда Эндо позволяет отличить клоны, сбраживающие лактозу от клонов, не обладающих этим свойством. Основными компонентами этой среды являются питательный (пептонный) агар, углевод и основной фусин, обесцвеченный сульфитом (реактив Шиффа). Исходная питательная среда окрашена в розовый цвет. Микроорганизмы, не сбраживающие лактозу, образуют бесцветные колонии. При сбраживании лактозы до ацетальдегида, последний реагирует с сульфитом и развивается красная окраска соответствующих колоний. Среда с эозином и метиленовым синим (среда Левина) в качестве индикаторов содержит эозин и метиленовый синий и исходно окрашена в черно-синий цвет. Клетки, осуществляющие брожение, образуют колонии, окрашенные в черный с металлическим блеском цвет, а колонии, не обладающие этим свойством, бесцветны. Подобные изменения окраски происходят потому, что красители присутствуют в среде не в виде самостоятельных соединений, а в виде комплексов с веществами питательной среды. При низких значениях рН эти комплексы выпадают в осадок, исходные же красители в этих условиях растворимы, при больших рН комплексы красителей бесцветны, тогда как метиленовый синий приобретает синюю окраску. Данная среда позволяет дифференцировать бактерии рода Escherichia от бактерий рода Proteus.

Рассмотрим рост микроорганизмов на жидких питательных средах:

1. Рост бактерий с равномерным помутнением среды, цвет которой остается неизмененным или изменяется в соответствии с цветом водорастворимого пигмента, образующегося в культуре микроба. Такой рост характерен для многих патогенных бактерий, относящихся к группе факультативных анаэробов.

2. Придонный рост бактерий характеризуется образованием осадка на дне пробирки с жидкой питательной средой. Осадок может быть скудным или обильным, крошковидным, гомогенным, волокнистым или в виде крупных рыхлых хлопьев, по консистенции вязким, слизистым, хрупким или пастообразным. Питательная среда над осадком может быть прозрачной или мутной. Цвет осадка и среды, находящейся над ним, определяется наличием пигмента, продуцируемого культурой микробов. Если культура пигмента не образует, цвет среды не изменяется, а осадок приобретает, как правило, серовато-белый или желтоватый цвет. Придонный рост специфичен для бактерий с анаэробным типом дыхания.

3. Пристеночный рост бактерий выражается в том, что питательная среда, находящаяся в пробирке, остается совершенно прозрачной. Бактерии растут, образуя более или менее крупные рыхлые хлопья или, наоборот, компактные зерна, прикрепленные к внутренней поверхности стенок сосуда, с которых в зависимости от вида бактерий снимаются легко или с трудом.

4. Поверхностный рост бактерий характеризуется появлением на поверхности жидкой питательной среды пленки, внешний вид и характер которой могут быть различны:

а) пленка тонкая, нежная, бесцветная, имеет вид едва заметного налета, исчезающего при встряхивании пробирки и взбалтывании среды;

б) пленка влажная, толстая, хорошо видимая простым глазом, вязкой, слизистой консистенции, прилипает к петле и тянется за ней;

в) пленка плотная, сухая, внешним видом напоминает кусочки кожи и при попытке взятия из нее материала снимается целиком в виде круглого диска, соответствующего диаметру пробирки;

г) пленка плотная, сухая, со сморщенной, а иногда бородавчатой поверхностью, краями прикрепленная к стенкам сосуда; при взбалтывании жидкости или прикосновении бактериальной петли разбивается на кусочки, погружающиеся в глубь жидкости.

Цвет пленки, как и питательной среды, зависит от пигмента, вырабатываемого растущей культурой микробов. Рост бактерий в виде поверхностной пленки характерен для микробов-аэрофилов.

Список использованной литературы

1. Краткий справочник (1998г.), издательский дом "Дрофа".

2. Биология. Общие закономерности. (2003г.) "Дрофа". С.Г. Мамонтов, В.Б. Захаров, Н.И. Сонин.

3. Биология. Пособие для поступающих в вузы. (1984г.) "Высшая школа" Э.В. Семенов, С.Г. Мамонтов, В.Л. Коган.

4. Биология. Введение в общую биологию и экологию. (2003г.). "Дрофа" А.А. Каменский, Е.А.

5. Большой Энциклопедический словарь. -- М.: Большая российская энциклопедия, 1998. Просвещение, 1992. -- 160 с.: ил. -- ISBN 5-09-004171-7.

Размещено на Allbest.ru