Sarcina si copii

Caracteristicile organizării celulare microbiene

Rolul microorganismelor în natură și agricultură

Distribuția largă a microorganismelor indică rolul lor enorm în natură. Cu participarea lor, diverse substanțe organice se descompun în sol și corpuri de apă, ele determină circulația substanțelor și a energiei în natură; Fertilitatea solului, formarea cărbunelui, petrolului și a multor alte minerale depind de activitățile lor. Microorganismele participă la degradarea rocilor și la alte procese naturale.

Multe microorganisme sunt folosite în producția industrială și agricolă. Astfel, coacerea, producerea de produse lactate fermentate, vinificația, producerea de vitamine, enzime, proteine ​​alimentare și furajere, acizi organici și multe substanțe utilizate în agricultură, industria și medicina, se bazează pe activitatea diferitelor microorganisme. Utilizarea microorganismelor în producția de culturi și animale este deosebit de importantă. De ele depind îmbogățirea solului cu azot, combaterea dăunătorilor culturilor folosind preparate microbiene, pregătirea și depozitarea corespunzătoare a furajelor, crearea de proteine ​​furajere, antibiotice și substanțe de origine microbiană pentru hrana animalelor.

Microorganismele au un efect pozitiv asupra proceselor de descompunere a substanțelor de origine nenaturală – xenobioticele, sintetizate artificial, pătrund în sol și în corpurile de apă și poluându-le.

Alături de microorganismele benefice, există grup mare așa-numitele microorganisme patogene sau patogene care provoacă diverse boli ale animalelor de fermă, plantelor, insectelor și oamenilor. Ca urmare a activității lor vitale, apar epidemii de boli infecțioase la oameni și animale, care afectează dezvoltarea economiei și forțele productive ale societății.

Datele științifice recente nu numai că au extins semnificativ înțelegerea microorganismelor din sol și a proceselor pe care le provoacă în mediu, dar a permis și crearea de noi sectoare în industrie și producție agricolă. De exemplu, s-au descoperit antibiotice secretate de microorganismele din sol și s-a demonstrat posibilitatea utilizării lor pentru tratarea oamenilor, animalelor și plantelor, precum și pentru depozitarea produselor agricole. S-a descoperit capacitatea microorganismelor din sol de a forma substanțe biologic active: vitamine, aminoacizi, stimulente de creștere a plantelor - substanțe de creștere etc. S-au găsit modalități de a folosi proteinele microorganismelor pentru a hrăni animalele de fermă. Au fost izolate preparate microbiene care sporesc aportul de azot din aer către sol.

Descoperirea unor noi metode de obținere a formelor modificate ereditar de microorganisme benefice a făcut posibilă utilizarea mai pe scară largă a microorganismelor în producția agricolă și industrială, precum și în medicină. Dezvoltarea ingineriei genetice sau genetice este deosebit de promițătoare. Realizările sale au asigurat dezvoltarea biotehnologiei, apariția unor microorganisme foarte productive care sintetizează proteine, enzime, vitamine, antibiotice, substanțe de creștere și alte produse necesare creșterii animalelor și producției vegetale.

Omenirea a intrat mereu în contact cu microorganismele, de milenii fără măcar să-și dea seama. Din timpuri imemoriale, oamenii au observat fermentarea aluatului, băuturile alcoolice preparate, laptele fermentat, brânzeturile făcute, transferul diverse boli, inclusiv cele epidemice. Dovada celor din urmă în cărțile biblice este un indiciu al unei boli larg răspândite (probabil ciuma) cu recomandări de a arde cadavre și de a efectua abluții.

În conformitate cu clasificarea acceptată în prezent, microorganismele în funcție de tipul de nutriție sunt împărțite într-un număr de grupe în funcție de sursele de energie și consumul de carbon. Astfel, există fototrofe, care folosesc energia luminii solare, și chimiotrofe, pentru care diverse substanțe organice și anorganice servesc ca material energetic.

În funcție de forma în care microorganismele primesc carbon din mediu, ele sunt împărțite în două grupe: autotrofe („se hrănesc ele însele”), folosind dioxidul de carbon ca unică sursă de carbon și heterotrofe („hrănirea în detrimentul altora”). , primind carbon în compoziția compușilor organici redusi destul de complexi.

Astfel, conform metodei de obținere a energiei și carbonului, microorganismele pot fi împărțite în fotoautotrofe, fotoheterotrofe, chimioautotrofe și chemoheterotrofe. În cadrul grupului, în funcție de natura substratului oxidat, numit donor de electroni (H-donor), există, la rândul lor, organotrofe care consumă energie în timpul descompunerii substanțelor organice și litotrofe (din greacă lithos - piatră), care primesc energie prin oxidarea substanţelor anorganice . Prin urmare, în funcție de sursa de energie și de donatorul de electroni utilizat de microorganisme, ar trebui să se facă distincția între fotoorganotrofe, fotolitotrofe, chimiorganotrofe și chemolitotrofe. Astfel, există opt tipuri posibile de nutriție.

Fiecare grup de microorganisme are un anumit tip de nutriție. Mai jos este o descriere a celor mai comune tipuri de nutriție și o scurtă listă a microorganismelor care le realizează.

În fototrofie, sursa de energie este lumina soarelui. Fotolitoautotrofia este un tip de nutriție caracteristic microorganismelor care folosesc energia luminoasă pentru a sintetiza substanțe celulare din C0 2 și compuși anorganici (H 2 0, H 2 S, S°), adică. efectuarea fotosintezei. Acest grup include cianobacteriile, bacteriile cu sulf violet și bacteriile cu sulf verde.

Cianobacteriile (de ordinul Cyanobacteria1es), ca și plantele verzi, reduc CO2 în materie organică fotochimic folosind hidrogenul din apă:

CO2 + H20 lumină-› (CH2O) * + O2

Bacteriile cu sulf violet (familia Chromatiaceae) conțin bacterioclorofilele a și b, care determină capacitatea acestor microorganisme de a fotosintetiza, și diverși pigmenți carotenoizi.

Pentru a restabili CO2 în materie organică, bacteriile din acest grup folosesc hidrogen, care face parte din H25. În acest caz, granulele de sulf se acumulează în citoplasmă, care este apoi oxidată în acid sulfuric:

С0 2 + 2Н 2 S lumină-› (СH 2 O) + Н 2 + 2S

3CO 2 + 2S + 5H 2 O lumină-› 3 (CH 2 0) + 2H 2 S0 4

Bacteriile cu sulf violet sunt de obicei anaerobe obligatorii.

Bacteriile cu sulf verde (familia Chlorobiaceae) conțin bacterioclorofile verzi și, în cantități mici, bacterioclorofilă, precum și diverse carotenoide. Ca și bacteriile cu sulf violet, sunt anaerobi stricti și sunt capabili să oxideze hidrogenul sulfurat, sulfurile și sulfiții în timpul fotosintezei, acumulând sulf, care în cele mai multe cazuri este oxidat la 50^2.

Fotoorganoheterotrofia este un tip de nutriție caracteristic microorganismelor care, pe lângă fotosinteză, pot folosi și compuși organici simpli pentru a obține energie. Acest grup include bacterii violete fără sulf.

Bacteriile violet nesulfuroase (familia Rhjdospirillaceae) conțin bacterioclorofilele a și b, precum și diverse carotenoide. Ele nu sunt capabile să oxideze hidrogenul sulfurat (H 2 S), să acumuleze sulf și să-l elibereze în mediu.

În chimiotrofie, sursa de energie este compușii anorganici și organici. Chemolitoautotrofia este un tip de nutriție caracteristic microorganismelor care obțin energie din oxidarea compușilor anorganici, precum H 2, NH 4 +, N0 2 -, Fe 2+, H 2 S, S°, S03 2 -, S 2 03 2- , CO, etc. Procesul de oxidare în sine se numește chimiosinteză. Carbonul pentru construcția tuturor componentelor celulelor chemolitoautotrope este obținut din dioxid de carbon.

Chemosinteza în microorganisme (bacteriile fierului și bacteriile nitrificatoare) a fost descoperită în 1887-1890. celebrul microbiolog rus S.N. Vinogradsky. Chemolitoautotrofia se realizează prin bacterii nitrificatoare (oxidează amoniacul sau nitriții), bacteriile sulfuroase (oxidează hidrogenul sulfurat, sulful elementar și unii compuși simpli de sulf anorganici), bacteriile care oxidează hidrogenul în apă, bacteriile fierului capabile să oxideze compușii divalenți ai fierului etc.

O idee despre cantitatea de energie obținută în timpul proceselor de chemolitoautotrofie cauzate de aceste bacterii este dată de următoarele reacții:

NH3 + 11/2 0 2 - HN0 2 + H 2 0 + 2,8 10 5 J

HN0 2 + 1/2 0 2 - HN0 3 + 0,7 105 J

H 2 S + 1/2 0 2 - S + H 2 0 + 1,7 10 5 J

S + 11/2 0 2 - H 2 S0 4 + 5,0 10 5 J

N 2 + 1/ 2 0 2 - N 2 0 + 2,3 10 5 J

2FeC0 3 + 1/2 0 2 + ZN 2 0 - 2Fe (OH) 3 + 2C0 2 + 1,7 10 5 J

Chemoorganoheterotrofia este un tip de nutriție caracteristic microorganismelor care obțin energia și carbonul necesar din compușii organici. Printre aceste microorganisme, multe sunt specii aerobe și anaerobe care trăiesc în sol și alte substraturi.

Utilizarea practică a bacteriilor în producția de alimente

Printre bacterii, bacteriile de acid lactic din gen Lactobacillus, Streptococcus la primirea produselor lactate fermentate. Cocii au o formă rotundă, ovală, cu diametrul de 0,5-1,5 microni, dispuși în perechi sau în lanțuri de diferite lungimi. Dimensiunile bacteriilor în formă de tijă sau unite în lanțuri.

Streptococ de acid lactic Streptococcus lactis are celule legate în perechi sau lanțuri scurte, coagulează laptele după 10-12 ore, unele rase formează antibioticul nizina.

C6H12O6 → 2CH3CHOHCOOH

Streptococ cremos S. cremoris formează lanțuri lungi din celule sferice, formatoare de acid inactiv, utilizate pentru fermentarea smântânii la producerea smântânii.

bacilul Acidophilus Lactobacillus acidophilus formează lanțuri lungi de celule în formă de bastonaș, când sunt fermentate, acumulează până la 2,2% acid lactic și substanțe antibiotice care sunt active împotriva agenților patogeni ai bolilor intestinale. Pe baza acestora se prepară produse biologice medicale pentru prevenire și tratament boli gastrointestinale animale de fermă.

Batoane de acid lactic L. plantatum au celule legate în perechi sau în lanțuri. Agenți de fermentare în timpul fermentării legumelor și însilozării furajelor. L. brevis fermentează zaharurile la murarea varzei și a castraveților, formând acizi, etanol, CO2.

Baghete fără spori, nemotile, gram+ ale genului Propionibacterium familiile Propionibacteriacee– agenți cauzali ai fermentației acidului propionic, determină conversia zahărului sau a acidului lactic și a sărurilor acestuia în acid propionic și acetic.

3C 6 H 12 O 6 →4CH 3 CH 2 COOH+2CH 3 COOH+2CO 2 +2H 2 O

Fermentarea acidului propionic stă la baza maturării brânzeturilor de cheag. Unele tipuri de bacterii cu acid propionic sunt folosite pentru a produce vitamina B12.

Bacteriile care formează spori din familie Baciloceae un fel de Clostridium sunt agenți cauzali ai fermentației acidului butiric, transformând zaharurile în acid butiric

C6H12O6 → CH3(CH2)COOH+2CO2+2H2

Acid butiric

Habitate– sol, sedimente mâloase ale corpurilor de apă, acumulări de reziduuri organice în descompunere, produse alimentare.

Aceste o/o sunt utilizate în producerea acidului butiric, care are un miros neplăcut, în contrast cu esterii săi:

Eter metilic – parfum de mere;

Etil - pară;

Amil - ananas.

Sunt folosiți ca agenți de aromatizare.

Bacteriile cu acid butiric pot provoca alterarea materiilor prime și produselor alimentare: umflarea brânzeturilor, râncezirea laptelui, a untului, bombardarea conservelor, moartea cartofilor și a legumelor. Acidul butiric rezultat dă un gust rânced înțepător și un miros puternic neplăcut.

Bacteriile cu acid acetic – tije gram nespori cu flageli polari, aparțin genului Gluconobacter (Acetomonas); formează acid acetic din etanol

CH3CH2OH+O2 →CH3COOH+H2O

Bețe de fel Acetobacter– peritrici, capabile să oxideze acidul acetic la CO2 și H2O.

Bacteriile cu acid acetic se caracterizează prin variabilitatea formei în condiții nefavorabile iau forma unor filamente groase, lungi, uneori umflate. Bacteriile cu acid acetic sunt larg distribuite pe suprafața plantelor, a fructelor acestora și în legumele murate.

Procesul de oxidare a etanolului la acid acetic este baza pentru producerea oțetului. Dezvoltarea spontană a bacteriilor de acid acetic în vin, bere, kvas duce la alterarea acestora - acris, încețoșare. Aceste bacterii formează pelicule șifonate uscate, insule sau un inel lângă pereții vasului pe suprafața lichidelor.

Un tip comun de daune este putrezirea este procesul de descompunere profundă a substanțelor proteice de către microorganisme. Cei mai activi agenți cauzali ai proceselor putrefactive sunt bacteriile.

Fân și bețișor de cartofiBacillus subtilis - gram aerob+ tija formatoare de spori. Sporii sunt rezistenți la căldură, ovale. Celulele sunt sensibile la un mediu acid și la un conținut ridicat de NaCl.

Genul de bacteriiPseudomonus – tije aerobe mobile cu flageli polari, nu formează spori, gram-. Unele specii sintetizează pigmenți, se numesc pseudomonas fluorescent, unele sunt rezistente la frig și provoacă alterarea produselor proteice din frigidere. Agenții patogeni ai bacteriozei plantelor cultivate.

Baghete formatoare de spori ale genului Clostridium descompune proteinele cu formarea unor cantitati mari de gaz NH 3, H 2 S, acid, deosebit de periculos pentru conserve. Toxiinfecția alimentară severă este cauzată de o toxină de tije mobile mari gram+ Clostridium botulinum. Sporii dau aspectul unei rachete. Exotoxina acestor bacterii afectează sistemul nervos central și sistemul cardiovascular(semne: tulburări de vedere, tulburări de vorbire, paralizie, insuficiență respiratorie).

Mare valoare Bacteriile nitrificatoare, denitrificatoare și fixatoare de azot joacă un rol în formarea solului. Acestea sunt în principal celule care nu formează spori. Sunt cultivate în condiții artificiale și aplicate sub formă de îngrășăminte pentru sol.

Bacteriile sunt folosite în producerea de enzime hidrolitice și aminoacizi pentru producția de alimente.

Dintre bacterii, este deosebit de necesar să se evidențieze agenții cauzali ai infecțiilor alimentare și a toxiinfecțiilor alimentare. Infecțiile alimentare sunt cauzate de bacteriile patogene prezente în alimente și apă. Infecții intestinale – holeră – holeră virion;

Toată lumea știe că bacteriile sunt cei mai vechi locuitori ai planetei Pământ. Ele au apărut, conform datelor științifice, cu trei până la patru miliarde de ani în urmă. ŞI pentru o lungă perioadă de timp au fost singurii și de drept stăpâni ai Pământului. Putem spune că totul a început cu bacterii. În linii mari, strămoșii tuturor sunt urmăriți până la ei. Deci rolul bacteriilor în viața umană și în natură (formarea acesteia) este foarte semnificativ.

Oda bacteriilor

Structura lor este foarte primitivă - majoritatea sunt organisme unicelulare, care, evident, s-au schimbat puțin într-un timp atât de lung. Sunt nepretențioși și pot supraviețui în condiții extreme pentru alte organisme (încălzire până la 90 de grade, îngheț, atmosferă rarefiată, oceanul cel mai adânc). Ei trăiesc peste tot - în apă, sol, sub pământ, în aer, în interiorul altor organisme vii. Și într-un gram de sol, de exemplu, pot fi găsite sute de milioane de bacterii. Creaturi cu adevărat aproape ideale care există lângă noi. Rolul bacteriilor în viața umană și în natură este mare.

Producători de oxigen

Știați că, cel mai probabil, fără existența acestor mici organisme, ne-am sufoca pur și simplu? Pentru că ele (în principal cianobacteriile, capabile să elibereze oxigen ca urmare a fotosintezei), datorită numărului lor mare, produc o cantitate imensă de oxigen care intră în atmosferă. Acest lucru devine deosebit de relevant în legătură cu tăierea pădurilor care sunt importante din punct de vedere strategic pentru întregul Pământ. Și alte bacterii produc dioxid de carbon, care este necesar pentru respirația plantelor. Dar rolul bacteriilor în viața umană și în natură nu se limitează la asta. Există mai multe „tipuri de activitate” pentru care bacteriile pot fi administrate în siguranță

Comandante

În natură, una dintre funcțiile bacteriilor este sanitară. Ei mănâncă celule și organisme moarte, aruncând lucruri inutile. Se pare că bacteriile acționează ca un fel de îngrijitori pentru toată viața de pe planetă. În știință, acest fenomen se numește saprotrofie.

Ciclul substanțelor

Și un alt rol important este participarea la scară planetară. În natură, toate substanțele trec de la organism la organism. Uneori sunt în atmosferă, alteori în sol, susținând un ciclu la scară largă. Fără bacterii, aceste componente s-ar putea concentra undeva într-un singur loc, iar marile cicluri ar fi întrerupte. Acest lucru se întâmplă, de exemplu, cu o substanță precum azotul.

Produse de acid lactic

Laptele există de mult timp cunoscut de oameni produs. Dar stocarea sa pe termen lung a devenit posibilă doar în în ultima vreme odată cu inventarea metodelor de conservare și a unităților frigorifice. Și încă de la începutul creșterii vitelor, oamenii au folosit, fără să știe, bacterii pentru a fermenta laptele și pentru a produce produse lactate fermentate care au un termen de valabilitate mai lung decât laptele în sine. De exemplu, chefirul uscat ar putea fi păstrat luni de zile și folosit ca hrană hrănitoare în timpul călătoriilor lungi prin zonele deșertice. În acest sens, rolul bacteriilor în viața umană este de neprețuit. La urma urmei, dacă acestor organisme li se „oferă” lapte, ele vor putea produce o mulțime de produse alimentare gustoase și de neînlocuit din acesta. Printre acestea: iaurt, lapte caș, lapte copt fermentat, smântână, brânză de vaci, brânză. Kefirul, desigur, este produs în principal de ciuperci, dar nu se poate face fără participarea bacteriilor.

Mari Bucătari

Dar rolul bacteriilor „formatoare de alimente” în viața umană nu se limitează la produsele lactate fermentate. Există mult mai multe produse familiare care sunt produse folosind aceste organisme. Acest varză murată, castraveți murați (butoaie), murături preferate și alte produse.

Cei mai buni vecini ai lumii

Bacteriile sunt cel mai numeros regn al organismelor animale din natură. Ei trăiesc peste tot - în jurul nostru, pe noi, chiar și în interiorul nostru! Și sunt „vecini” foarte utili pentru oameni. De exemplu, bifidobacteriile ne întăresc imunitatea, crescând rezistența organismului la multe boli, ajută digestia și fac o mulțime de alte lucruri necesare. Astfel, rolul bacteriilor în viața umană ca buni „vecini” este la fel de neprețuit.

Producția de substanțe necesare

Oamenii de știință au reușit să lucreze cu bacterii în așa fel încât au început să secrete substanțe necesare oamenilor. Adesea, aceste substanțe sunt medicamente. Deci rolul terapeutic al bacteriilor în viața umană este de asemenea mare. Unele medicamente moderne sunt produse de ei sau pe baza acțiunii lor.

Rolul bacteriilor în industrie

Bacteriile sunt mari biochimiști! Această proprietate este utilizată pe scară largă în industria modernă. Deci, de exemplu, în ultimele decenii Producția de biogaz în unele țări atinge proporții serioase.

Rolul negativ și pozitiv al bacteriilor

Dar aceste organisme unicelulare microscopice pot fi nu numai asistenți umani și pot coexista cu el în deplină armonie și pace. Cel mai mult mare pericol pe care le ascund în ei înșiși este infecțioasă Așezându-se în noi, otrăvindu-ne țesuturile corpului, sunt cu siguranță dăunătoare, uneori fatale, pentru oameni. Printre cele mai cunoscute boli periculoase cauzate de bacterii se numără ciuma și holera. Mai puțin periculoase sunt amigdalita și pneumonia, de exemplu. Astfel, unele bacterii pot reprezenta un pericol semnificativ pentru oameni dacă sunt patogene. Prin urmare, oamenii de știință și medicii din toate timpurile și popoarele încearcă să „țină sub control” aceste microorganisme dăunătoare.

Alterarea alimentelor de către bacterii

Dacă carnea este putredă și supa este acră, probabil că aceasta este opera bacteriilor! Ei încep de acolo și de fapt „mănâncă” aceste produse înaintea noastră. După care aceste feluri de mâncare nu mai reprezintă valoare nutritivă pentru oameni. Tot ce mai rămâne de făcut este să-l arunci!

Rezultate

Când răspundem la întrebarea ce rol joacă bacteriile în viața umană, putem evidenția atât aspecte pozitive, cât și negative. Cu toate acestea, este evident că proprietăți pozitive Există mult mai multe bacterii decât negative. Totul este despre controlul inteligent al omului asupra acestui regat numeros.

Introducere

Biotehnologia modernă se bazează pe realizările științelor naturale, ingineriei, tehnologiei, biochimiei, microbiologiei, biologiei moleculare și geneticii. Metodele biologice sunt folosite pentru combaterea poluării mediului și a dăunătorilor organismelor vegetale și animale. Realizările biotehnologiei includ, de asemenea, utilizarea enzimelor imobilizate, producerea de vaccinuri sintetice și utilizarea tehnologiei celulare în reproducere.

Bacteriile, ciupercile, algele, lichenii, virusurile și protozoarele joacă un rol semnificativ în viața umană. Din cele mai vechi timpuri, oamenii le-au folosit în procesele de coacere a pâinii, fabricarea vinului și a berii și în diverse industrii.

Microorganismele ajută oamenii în producerea de nutrienți proteici eficienți și biogaz. Se folosesc la aplicarea metodelor biotehnice de purificare a aerului și apa reziduala, la utilizarea metodelor biologice de exterminare a dăunătorilor agricoli, la obținerea de medicamente, la distrugerea deșeurilor.

Scopul principal al acestei lucrări este de a studia metodele și condițiile de cultivare a microorganismelor

· Familiarizați-vă cu domeniile de aplicare a microorganismelor

· Studiul morfologiei și fiziologiei microorganismelor

· Studiați principalele tipuri și compoziția mediilor nutritive

· Dați conceptul și familiarizați-vă cu bioreactorul

· Dezvăluie metodele de bază de cultivare a microorganismelor

Morfologia și fiziologia microorganismelor

Morfologie

Clasificarea microorganismelor

Bacteriile

Bacteriile sunt microorganisme procariote unicelulare. Dimensiunea lor este măsurată în micrometri (µm). Există trei forme principale: bacterii sferice - coci, în formă de baston și întortocheate.

Cocci(greacă kokkos - cereale) au o formă sferică sau ușor alungită. Ele diferă unele de altele în funcție de modul în care sunt amplasate după divizare. Cocii localizați individual sunt micrococi, iar cocii localizați în perechi sunt diplococi. Streptococii se împart într-un singur plan și după divizare nu se diverg, formând lanțuri (greacă streptos - lanț). Tetracocii formează combinații de patru coci ca urmare a divizării în două planuri reciproc perpendiculare, sarcina (lat. sarcio - a lega) se formează prin diviziunea în trei planuri reciproc perpendiculare și arată ca niște grupuri de 8-16 coci. Ca urmare a diviziunii aleatorii, stafilococii formează ciorchine asemănătoare cu un ciorchine de struguri (grec staphyle - ciorchine de struguri).

În formă de tijă bacteriile (bacteriile grecești - stick) capabile să formeze spori se numesc bacili dacă sporul nu este mai lat decât stickul în sine și clostridii dacă diametrul sporului depășește diametrul stick-ului. Bacteriile în formă de baston, spre deosebire de coci, sunt diverse ca mărime, formă și aranjare a celulelor: scurte (1-5 µm), groase, cu capete rotunjite, bacterii din grupa intestinală; bacili de tuberculoză subțiri, ușor curbați; tije subțiri de difterie situate în unghi; tije mari (3-8 microni). antrax cu capete „tăiate”, formând lanțuri lungi - streptobacili.

LA sertizat formele de bacterii includ vibrioni, care au o formă ușor curbată în formă de virgulă (Vibrio cholera) și spirilla, constând din mai multe bucle. Formele contorte includ și Campylobacter, care la microscop arată ca aripile unui pescăruș zburător.

Structura unei celule bacteriene.

Elementele structurale ale unei celule bacteriene pot fi împărțite în:

a) elemente structurale permanente - sunt prezente in fiecare tip de bacterie pe toata durata de viata a bacteriei; acesta este peretele celular, membrana citoplasmatică, citoplasma, nucleoid;

B) elemente structurale instabile pe care nu toate tipurile de bacterii sunt capabile să le formeze, iar acele bacterii care le formează le pot pierde și dobândi din nou în funcție de condițiile de existență. Acestea sunt capsula, incluziuni, pili, spori, flageli.

Orez. 1.1. Structura celulelor bacteriene

Peretele celular acoperă întreaga suprafață a celulei. Bacteriile Gram-pozitive au un perete celular mai gros: până la 90% este un compus polimer al peptidoglicanului asociat cu acizii teicoici și un strat de proteine. La bacteriile gram-negative, peretele celular este mai subțire, dar mai complex ca compoziție: este format dintr-un strat subțire de peptidoglican, lipopolizaharide și proteine; este acoperit cu o membrană exterioară.

Funcțiile peretelui celularsunt asta:

Este o barieră osmotică

Determină forma celulei bacteriene,

Protejează celula de influențele mediului,

Poartă o varietate de receptori care facilitează atașarea fagilor, colicinelor, precum și a diferiților compuși chimici,

Prin peretele celular, nutrienții intră în celulă și produsele metabolice sunt eliberate,

Antigenul O este localizat în peretele celular și endotoxina (lipida A) a bacteriilor este asociată cu aceasta.

Membrana citoplasmatica

Adiacent peretelui celular bacterian membrana citoplasmatica , a cărei structură este similară cu membranele eucariotelor ( constă dintr-un strat dublu lipidic, în principal fosfolipide cu suprafață încorporată și proteine ​​integrale). Ea oferă:

Permeabilitatea selectivă și transportul substanțelor solubile în celulă,

Transportul de electroni și fosforilarea oxidativă,

Izolarea exoenzimelor hidrolitice, biosinteza diferiților polimeri.

Limitele membranei citoplasmatice citoplasmă bacteriană , care reprezintă structura granulara. Localizat în citoplasmă ribozomi și bacteriene nucleoid, poate conține și incluziuni și plasmide(ADN extracromozomial). Pe lângă structurile obligatorii, celulele bacteriene pot avea spori.

Citoplasma- Conținutul intern asemănător unui gel al celulei bacteriene este pătruns cu structuri membranare care creează un sistem rigid. Citoplasma conține ribozomi (în care se realizează biosinteza proteinelor), enzime, aminoacizi, proteine ​​și acizi ribonucleici.

Nucleoid- Acesta este un cromozom bacterian, o catenă dublă de ADN, închisă într-un inel, asociat cu mezozomul. Spre deosebire de nucleul eucariotelor, catena de ADN este localizată liber în citoplasmă și nu are o membrană nucleară, nucleol sau proteine ​​​​histone. Catena de ADN este de multe ori mai lunga decat bacteria in sine (de exemplu, E. coli are o lungime a cromozomului mai mare de 1 mm).

Pe lângă nucleoid, citoplasma poate conține factori de ereditate extracromozomiale numiți plasmide. Acestea sunt fire scurte, circulare de ADN atașate mezosomilor.

Incluziuni sunt continute in citoplasma unor bacterii sub forma de boabe care pot fi detectate prin microscopie. În mare parte, acesta este stoc nutrienti.

A băut(latină pili - fire de păr) altfel cili, fimbriae, fimbriae, villi - procese scurte asemănătoare firului de pe suprafața bacteriilor.

Flagelii. Multe tipuri de bacterii sunt capabile să se miște datorită prezenței flagelilor. Dintre bacteriile patogene, doar printre tije și forme contorte există specii mobile. Flagelele sunt fire elastice subțiri, a căror lungime la unele specii este de câteva ori mai mare decât lungimea corpului bacteriei în sine.

Numărul și localizarea flagelilor este o specie caracteristică caracteristică bacteriilor. Bacteriile se disting: monotrici - cu un flagel la capătul corpului, lophotrici - cu un mănunchi de flageli la capăt, amfitrici, care au flageli la ambele capete și peritrici, în care flagelii sunt localizați pe toată suprafața corpul. Monotricii includ Vibrio cholerae, peritricii includ Salmonella typhoid.

Capsulă- stratul mucos exterior pe care îl au multe bacterii. La unele specii, este atât de subțire încât poate fi detectată doar la un microscop electronic - aceasta este o microcapsulă. În alte tipuri de bacterii, capsula este bine definită și vizibilă într-un microscop optic convențional - aceasta este o macrocapsulă.

Micoplasme

Micoplasmele sunt procariote, dimensiunile lor sunt de 125-200 nm. Aceștia sunt cei mai mici dintre microbii celulari, dimensiunea lor este aproape de limita de rezoluție a unui microscop optic. Le lipsește un perete celular. Absența peretelui celular este asociată cu trăsăturile caracteristice ale micoplasmelor. Nu au o formă constantă, așa că se găsesc forme sferice, ovale și asemănătoare firului.

Rickettsia

Chlamydia

Actinomicete

Actinomicetele sunt microorganisme unicelulare care aparțin procariotelor. Celulele lor au aceeași structură ca și bacteriile: un perete celular care conține peptidoglican, o membrană citoplasmatică; citoplasma conține nucleoizi, ribozomi, mezosomi și incluziuni intracelulare. Prin urmare, actinomicetele patogene sunt sensibile la medicamentele antibacteriene. În același timp, au o formă de fire ramificate care se întrepătrund asemănătoare ciupercilor, iar unele actinomicete aparținând familiei Strentomycetes se reproduc prin spori. Alte familii de actinomicete se reproduc prin fragmentare, adică prin dezintegrarea filamentelor în fragmente separate.

Actinomicetele sunt larg răspândite în mediu, în special în sol, și participă la ciclul substanțelor din natură. Printre actinomicete există producători de antibiotice, vitamine și hormoni. Majoritatea antibioticelor utilizate în prezent sunt produse de actinomicete. Acestea sunt streptomicina, tetraciclina și altele.

Spirochetele.

Spirochetele sunt procariote. Au caracteristici comune atât bacteriilor, cât și microorganismelor protozoare. Aceștia sunt microbi unicelulari, în formă de celule lungi, subțiri, curbate spiralat, capabili de mișcare activă. În condiții nefavorabile, unele dintre ele se pot transforma în chisturi.

Studiile cu microscopul electronic au făcut posibilă stabilirea structurii celulelor spirochete. Aceștia sunt cilindri citoplasmatici înconjurați de o membrană citoplasmatică și un perete celular care conține peptidoglican. Citoplasma conține nucleoid, ribozomi, mezosomi și incluziuni.

Sub membrana citoplasmatică există fibrile care asigură diverse mișcări ale spirochetelor - de translație, rotație, flexie.

Reprezentanți patogeni ai spirochetelor: Treponema pallidum - provoacă sifilis, Borrelia recurrentis - febră recidivantă, Borrelia burgdorferi - boala Lyme, Leptospira interrogans - leptospiroză.

Ciuperci

Ciupercile (ciupercile, micetele) sunt eucariote, plante inferioare, lipsit de clorofilă și, prin urmare, nu sintetizează compuși organici de carbon, adică sunt heterotrofe, au miez diferențiat și sunt acoperiți cu o înveliș care conține chitină. Spre deosebire de bacterii, ciupercile nu au peptidoglican în coajă, prin urmare sunt insensibile la peniciline. Citoplasma ciupercilor se caracterizează prin prezența unui număr mare de incluziuni și vacuole diferite.

Printre ciupercile microscopice (micromicete) există microorganisme unicelulare și multicelulare care diferă prin morfologie și metode de reproducere. Ciupercile se caracterizează printr-o varietate de metode de reproducere: diviziune, fragmentare, înmugurire, formare de spori - asexuați și sexuali.

La cercetare microbiologică Cel mai adesea trebuie să aveți de-a face cu mucegaiuri, drojdii și reprezentanți ai grupului de așa-numite ciuperci imperfecte.

Mucegai formează un miceliu tipic răspândindu-se de-a lungul substratului nutritiv. Ramurile aeriene se ridică în sus din miceliu, terminându-se în corpi fructiferi. diverse forme, purtând spori.

Mucor sau mucegaiuri capitate (Mucor) sunt ciuperci unicelulare cu un corp fructifer sferic umplut cu endospori.

Mucegai genul Aspergillus- ciuperci multicelulare cu un corp fructifer, care la microscopie seamănă cu vârful unui udator, pulverizând curenți de apă; de unde si denumirea de „mucegai de udare”. Unele specii de Aspergillus sunt folosite industrial pentru a produce acid citric si alte substante. Există specii care provoacă boli ale pielii și plămânilor la om - aspergiloza.

Mucegaiurile din genul Penicillum, sau racemele, sunt ciuperci multicelulare cu un corp fructifer sub formă de perie. Primul antibiotic, penicilina, a fost obținut din anumite tipuri de mucegai verde. Printre penicilliums există specii patogene pentru om care provoacă penicilioză.

Diverse tipuri de mucegaiuri pot provoca deteriorarea produselor alimentare, a medicamentelor și a produselor biologice.

Drojdia - ciupercile de drojdie (Saccharomycetes, Blastomycetes) au forma unor celule rotunde sau ovale, de multe ori mai mari decât bacteriile. Dimensiunea medie a celulelor de drojdie este aproximativ egală cu diametrul unei celule roșii din sânge (7-10 microni).

Viruși

Viruși- (lat. otravă virală) - cele mai mici microorganisme care nu au o structură celulară, un sistem de sinteză a proteinelor și sunt capabile să se reproducă numai în celulele formelor de viață foarte organizate. Sunt răspândite în natură, afectând animalele, plantele și alte microorganisme.

Particula virală matură, cunoscută sub numele de virion, este formată din acid nucleic - material genetic (ADN sau ARN) care poartă informații despre mai multe tipuri de proteine ​​necesare formării unui nou virus - acoperit cu o înveliș proteic protector - capsid. Capsida este formată din subunități identice de proteine ​​numite capsomere. Virușii pot avea, de asemenea, un înveliș lipidic peste o capside ( supercapside), formată din membrana celulei gazdă. Capsida este formată din proteine ​​codificate de genomul viral, iar forma sa stă la baza clasificării virusurilor după caracteristică morfologică. Virușii complexi codifică și proteine ​​speciale care ajută la asamblarea capsidei. Complexele de proteine ​​și acizi nucleici sunt cunoscute ca nucleoproteine, iar complexul de proteine ​​​​capside virale cu acid nucleic viral se numește nucleocapsidă.

Orez. 1.4. Structura schematică a virusului: 1 - miez (ARN monocatenar); 2 - înveliș proteic (Capsid); 3 - membrana lipoproteica suplimentara; 4 - Capsomere (părți structurale ale Capsidei).

Fiziologia microorganismelor

Fiziologia microorganismelor studiază activitatea vitală a celulelor microbiene, procesele de nutriție, respirație, creștere, reproducere și modele de interacțiune a acestora cu mediul.

Metabolism

Metabolism– un set de procese biochimice care vizează obținerea de energie și reproducerea materialului celular.

Caracteristicile metabolismului bacteriilor:

1) varietatea de substraturi utilizate;

2) intensitatea proceselor metabolice;

4) predominarea proceselor de dezintegrare asupra proceselor de sinteză;

5) prezența exo- și endoenzime ale metabolismului.

Metabolism constă din două procese interdependente: catabolism și anabolism.

Catabolism(metabolismul energetic) este procesul de descompunere a moleculelor mari în molecule mai simple, în urma căruia se eliberează energie, care se acumulează sub formă de ATP:

a) respiratie;

b) fermentare.

Anabolism(metabolismul constructiv) – asigură sinteza macromoleculelor din care este construită celula:

a) anabolism (cu consum de energie);

b) catabolism (cu eliberare de energie);

În acest caz, se folosește energia obținută în procesul de catabolism. Metabolismul bacterian se caracterizează printr-o viteză mare a procesului și o adaptare rapidă la condițiile de mediu în schimbare.

Într-o celulă microbiană, enzimele sunt catalizatori biologici. După structură se disting:

1) enzime simple (proteine);

2) complex; constau din proteine ​​(centrul activ) și părți non-proteice; necesare pentru activarea enzimei.

După locul de acțiune se disting:

1) exoenzime (acționează în afara celulei; participă la descompunerea moleculelor mari care nu pot pătrunde în interiorul celulei bacteriene; caracteristice bacteriilor gram-pozitive);

2) endoenzime (acționează în celula însăși, asigurând sinteza și descompunerea diferitelor substanțe).

În funcție de catalizat reactii chimice toate enzimele sunt împărțite în șase clase:

1) oxidoreductaze (catalizează reacțiile redox între două substraturi);

2) transferaze (realizează transferul intermolecular al grupărilor chimice);

3) hidrolaze (realizează scindarea hidrolitică a legăturilor intramoleculare);

4) liazele (atașa grupe chimice de-a lungul a două legături și, de asemenea, efectuează reacții inverse);

5) izomeraze (realizează procese de izomerizare, asigură conversia internă cu formarea diferiților izomeri);

6) ligaze sau sintetaze (ele conectează două molecule, ducând la scindarea legăturilor pirofosfat din molecula de ATP).

Nutriţie

Nutriția se referă la procesele de intrare și ieșire a nutrienților în și din celule. Nutriția asigură în primul rând reproducerea și metabolismul celular.

Diverse substanțe organice și anorganice intră în celula bacteriană în timpul alimentației. Bacteriile nu au organe nutriționale speciale. Substanțele pătrund pe întreaga suprafață a celulei sub formă de molecule mici. Acest mod de a mânca se numește holofitic. O condiție necesară pentru trecerea nutrienților în celulă este solubilitatea lor în apă și valoarea mică (adică proteinele trebuie hidrolizate la aminoacizi, carbohidrații la di- sau monozaharide etc.).

Principalul regulator al pătrunderii substanțelor în celula bacteriană este membrana citoplasmatică. Există patru mecanisme principale de intrare a substanțelor:

-difuzie pasiva- de-a lungul unui gradient de concentrație, consumatoare de energie, fără specificitate de substrat;

- difuzie facilitată- de-a lungul unui gradient de concentrație, specific substratului, consumatoare de energie, efectuată cu participarea proteinelor specializate pătrunde;

- transport activîmpotriva unui gradient de concentrație, specific substratului (proteine ​​de legare speciale în complex cu permeaze), consumatoare de energie (datorită ATP), substanțele pătrund în celulă într-o formă nemodificată chimic;

- translocare (transfer de grup) -împotriva unui gradient de concentrație, folosind sistemul fosfotransferazelor, consumatoare de energie, substanțele (în principal zaharuri) pătrund în celulă sub formă forforilată.

Elemente chimice de bază - organogeni, necesare sintezei organice compuși – carbon, azot, hidrogen, oxigen.

Tipuri de alimente. O varietate de diete contribuie la răspândirea pe scară largă a bacteriilor. Microbii au nevoie de carbon, oxigen, azot, hidrogen, sulf, fosfor și alte elemente (organogeni).

În funcție de sursa de carbon, bacteriile sunt împărțite în:

1) autotrofe (utilizați substanțe anorganice - CO2);

2) heterotrofe;

3) metatrofe (utilizați substanțe organice natura neînsuflețită);

4) paratrofii (folosesc substante organice de natura vie).

Procesele de nutriție trebuie să asigure nevoile energetice ale celulei bacteriene.

Pe baza surselor de energie, microorganismele sunt împărțite în:

1) fototrofe (capabile să folosească energia solară);

2) chimiotrofe (obțin energie prin reacții redox);

3) chimiolitotrofe (utilizați compuși anorganici);

4) chemoorganotrofe (utilizați substanțe organice).

Printre bacterii se numără:

1) prototrofe (capabili să sintetizeze ei înșiși substanțele necesare din substanțe slab organizate);

2) auxotrofe (sunt mutanți ai prototrofelor care și-au pierdut genele; sunt responsabili de sinteza anumitor substanțe - vitamine, aminoacizi și, prin urmare, necesită aceste substanțe în formă finită).

Microorganismele asimilează nutrienții sub formă de molecule mici, astfel încât proteinele, polizaharidele și alți biopolimeri pot servi ca surse de nutriție numai după ce sunt descompuse de exoenzime în compuși mai simpli.

Respirația microorganismelor.

Microorganismele obțin energie prin respirație. Respirația este procesul biologic de transfer de electroni prin lanțul respirator de la donatori la acceptori cu formarea de ATP. În funcție de care este acceptorul final de electroni, există respiratie aeroba si anaeroba.În respirația aerobă, acceptorul final de electroni este oxigenul molecular (O 2), în respirația anaerobă, oxigenul legat (-NO 3, =SO 4, =SO 3).

Respirație aerobă donator de hidrogen H2O

Respirația anaerobă

Oxidarea cu nitrați a NO 3

(anaerobi facultativi) donor de hidrogen N 2

Oxidarea cu sulfat de SO4

(anaerobi obligatorii) donator de hidrogen H 2 S

Pe baza tipului de respirație, se disting patru grupuri de microorganisme.

1.Obliga(strict) aerobi. Au nevoie de oxigen molecular (atmosferic) pentru a respira.

2.Microaerofili necesită o concentrație redusă (presiune parțială scăzută) de oxigen liber. Pentru a crea aceste condiții, CO 2 este de obicei adăugat la amestecul de gaz pentru cultivare, de exemplu până la o concentrație de 10 la sută.

3.Anaerobi facultativi poate consuma glucoză și se poate reproduce în condiții aerobe și anaerobe. Printre acestea se numără microorganisme care sunt tolerante la concentrații relativ mari (aproape de atmosferice) de oxigen molecular - i.e. aerotolerant,

precum și microorganismele care sunt capabile, în anumite condiții, să treacă de la respirația anaerobă la cea aerobă.

4.Anaerobi stricti se reproduc numai în condiții anaerobe, adică la concentrații foarte scăzute de oxigen molecular, care în concentrații mari este distructiv pentru ei. Biochimic, respirația anaerobă se desfășoară în funcție de tipul proceselor de fermentație, nu se utilizează oxigenul molecular.

Respirația aerobă este mai eficientă din punct de vedere energetic (se sintetizează mai mult ATP).

În procesul de respirație aerobă se formează produși toxici de oxidare (H 2 O 2 - peroxid de hidrogen, -O 2 - radicali liberi de oxigen), de care protejează enzimele specifice, în primul rând catalaza, peroxidaza, peroxid dismutază. Anaerobii le lipsesc aceste enzime, la fel sistem de reglare a potențialului redox (rH 2).

Creșterea și reproducerea bacteriilor

Creșterea bacteriană este o creștere a dimensiunii celulelor bacteriene fără creșterea numărului de indivizi din populație.

Reproducerea bacteriilor este un proces care asigură o creștere a numărului de indivizi dintr-o populație. Bacteriile sunt caracterizate de mare viteză reproducere.

Creșterea precede întotdeauna reproducerea. Bacteriile se reproduc prin fisiune binară transversală, în care dintr-o celulă mamă se formează două celule fiice identice.

Procesul de diviziune celulară bacteriană începe cu replicarea ADN-ului cromozomial. În punctul de atașare a cromozomului la membrana citoplasmatică (punctul replicator), acționează o proteină inițiatoare, care provoacă ruperea inelului cromozomului, iar apoi are loc despiralizarea firelor acestuia. Firele se desfășoară, iar al doilea fir se atașează la membrana citoplasmatică în punctul pro-replicator, care este diametral opus punctului replicator. Datorită ADN-polimerazelor, o copie exactă a fiecărei catene este completată de-a lungul matricei. Dublare material genetic– semnal pentru dublarea numărului de organite. În mezosomii septali, se construiește un sept care împarte celula în jumătate. ADN-ul dublu catenar este elicoidal, răsucit într-un inel în punctul de atașare la membrana citoplasmatică. Acesta este un semnal pentru ca celulele să se disperseze de-a lungul septului. Se formează două fiice.

Reproducerea bacteriilor este determinată de timpul de generare. Aceasta este perioada în care are loc diviziunea celulară. Durata de generare depinde de tipul bacteriilor, vârstă, compoziția mediului nutritiv, temperatură etc.

Medii de cultură

Pentru cultivarea bacteriilor se folosesc medii nutritive, care au o serie de cerințe.

1. Valoarea nutritivă. Bacteriile trebuie să conțină toți nutrienții necesari.

2. Izotonicitate. Bacteriile trebuie să conțină un set de săruri pentru a menține presiunea osmotică, o anumită concentrație de clorură de sodiu.

3. pH-ul (aciditatea) optim al mediului. Aciditatea mediului asigură funcționarea enzimelor bacteriene; pentru majoritatea bacteriilor este 7,2–7,6.

4. Potențial electronic optim, indicând conținutul de oxigen dizolvat în mediu. Ar trebui să fie ridicat pentru aerobi și scăzut pentru anaerobi.

5. Transparență (s-a observat creșterea bacteriilor, în special pentru mediile lichide).

6. Sterilitate (absența altor bacterii).

Clasificarea mediilor de cultură

1. După origine:

1) naturale (lapte, gelatină, cartofi etc.);

2) artificiale - medii preparate din preparate special ingrediente naturale(peptonă, aminopeptidă, extract de drojdie etc.);

3) sintetice - medii de compoziție cunoscută, preparate din compuși anorganici și organici puri chimic (săruri, aminoacizi, carbohidrați etc.).

2. După compoziție:

1) simplu - agar cu extract de carne, bulion cu extract de carne, agar Hottinger etc.;

2) complex - acestea sunt simple cu adăugarea unei componente nutriționale suplimentare (sânge, agar cu ciocolată): bulion de zahăr,

bulion de bilă, agar din zer, agar gălbenuș-sare, mediu Kitt-Tarozzi, mediu Wilson-Blair etc.

3. După consistență:

1) solid (conțin 3–5% agar-agar);

2) semi-lichid (0,15-0,7% agar-agar);

3) lichid (nu contin agar-agar).

Agar- polizaharidă de compoziție complexă din alge marine, principalul întăritor pentru mediile dense (solide).

4. În funcție de scopul PS, acestea se disting:

Diagnostic diferenţial

Elective

Selectiv

Inhibitor

Mass-media pentru menținerea culturii

Cumulativ (saturare, îmbogățire)

Conservant

Teste.

Diagnosticul diferențial - acestea sunt medii complexe pe care microorganismele diferite tipuri cresc diferit, în funcție de proprietățile biochimice ale culturii. Sunt destinate identificării apartenența la specii microorganismele sunt utilizate pe scară largă în bacteriologia clinică și cercetarea genetică.

PS selective, inhibitorii și elective sunt concepute pentru creșterea unui tip strict definit de microorganism. Aceste medii servesc la izolarea bacteriilor din populațiile mixte și pentru a le diferenția de specii similare. Compoziției lor se adaugă diferite substanțe care suprimă creșterea unor specii și nu afectează creșterea altora.

Mediul poate fi făcut selectiv datorită valorii pH-ului. Recent, agenți antimicrobieni precum antibioticele și alte substanțe chimioterapeutice au fost utilizați ca substanțe care conferă caracter selectiv mediului.

PS opțional găsit aplicare largă la izolarea agenților patogeni ai infecțiilor intestinale. Când se adaugă malachit sau verde strălucitor, săruri biliare (în special acid taurocolic de sodiu), cantități semnificative de clorură de sodiu sau săruri de citrat, creșterea Escherichia coli este suprimată, dar creșterea bacteriilor coliforme patogene nu este afectată. Unele mass-media electorale sunt pregătite cu adaos de antibiotice.

Mediile de întreținere a culturii sunt concepute astfel încât să nu conțină substanțe selective care pot provoca variabilitatea culturii.

Substațiile cumulate (îmbogățire, saturare) sunt medii pe care anumite tipuri culturile sau grupurile de culturi cresc mai repede și mai intens decât cele însoțitoare. La cultivarea pe aceste medii, de obicei nu se folosesc substanțe inhibitoare, ci, dimpotrivă, se creează condiții favorabile pentru speciile specifice prezente în amestec. Baza mediilor de acumulare sunt bila și sărurile sale, tetrationatul de sodiu, diverși coloranți, sărurile selenite, antibioticele etc.

Mediile de conservare sunt utilizate pentru însămânțarea inițială și transportul materialului de testat.

Există, de asemenea, PS de control, care sunt utilizate pentru a monitoriza sterilitatea și contaminarea bacteriană generală a antibioticelor.

5. Pe baza setului de nutrienți se disting următoarele:

Medii minime, care conțin doar suficiente surse de hrană pentru creștere;

Medii bogate care conțin multe substanțe suplimentare.

6. Pe baza dimensiunii de utilizare, PS-urile sunt împărțite în:

> producție (tehnologică);

> medii pentru cercetarea științifică cu domeniu limitat.

PS industrial trebuie să fie accesibil, economic, convenabil de pregătit și utilizat pentru cultivarea pe scară largă. Mijloacele pentru cercetarea științifică, de regulă, sunt sintetice și bogate în nutrienți.

Selectarea materiilor prime pentru construirea mediilor nutritive

Calitatea PS este determinată în mare măsură de completitudinea compoziției substraturilor nutritive și a materiilor prime utilizate pentru prepararea acestora. Mare varietate tipuri de surse de materii prime ridică sarcina dificilă de a selecta cele mai promițătoare, potrivite pentru construirea PS de calitatea cerută. Rolul decisiv în această problemă îl joacă, în primul rând, indicatorii biochimici ai compoziției materiei prime, de care alegerea metodei și modurilor de prelucrare a acesteia depinde de scopul celui mai complet și mai complet. utilizare eficientă nutrienții pe care îi conține.

Pentru obtinerea PS cu proprietati deosebit de valoroase se folosesc surse traditionale de proteine ​​de origine animala si anume carne bovine (bovine), cazeină, pește și produsele acestuia. Cele mai dezvoltate și utilizate pe scară largă PS sunt cele pe bază de carne de bovine.

Având în vedere deficitul de șprot caspic, care a fost utilizat pe scară largă în trecutul recent, pentru obținerea bazelor nutriționale pentru pește au început să fie utilizate produse nealimentare mai ieftine și mai accesibile din industria pescuitului - krill uscat, deșeuri de prelucrare a cărnii de krill, pollock filet și al acestuia. caviar supracoapt. Cea mai răspândită este făina de hrană pentru pește (FFM), care îndeplinește cerințele valoare biologică, accesibilitate și standard relativ.

PS pe bază de cazeină, care conține toate componentele găsite în lapte: grăsimi, lactoză, vitamine, enzime și săruri, sunt destul de răspândite. Cu toate acestea, trebuie remarcat faptul că, din cauza creșterii prețurilor la produsele de prelucrare a laptelui, precum și a creșterii cererii de cazeină pe piața mondială, utilizarea acesteia este oarecum limitată.

Din surse nealimentare de proteine ​​de origine animală, ca materie primă pentru construcția PS complet, este necesară izolarea sângelui animalelor sacrificate, care este bogat în substanțe și microelemente biologic active și conține produse ale metabolismului celular și tisular. .

Hidrolizatele de sânge de la animalele de fermă sunt utilizate ca înlocuitori de peptonă în mediile nutritive de diagnostic diferențial.

Alte tipuri de materii prime de origine animală care conțin proteine ​​care pot fi utilizate pentru construcția PS includ: placenta și splina bovinelor, concentratul proteic uscat - un produs de prelucrare a deșeurilor de carne, tăietura despicată obținută din prelucrarea pielii, embrioni de pasăre - un deșeu de producție de vaccin, înlocuitori de sânge cu expirat, zer caș, țesuturi moi de moluște și pinipede.

Este promițător să se utilizeze carcase de animale purtătoare de blană de la fermele de blană, sânge de bovine obținut la o fabrică de procesare a cărnii, lapte degresat și zer (deșeuri de la cremerii).

În general, PS preparate din materii prime de origine animală au un conținut ridicat de componente nutriționale de bază, sunt complete și echilibrate în compoziția aminoacizilor și au fost destul de bine studiate.

Din produse origine vegetală este posibil să se utilizeze porumb, soia, mazăre, cartofi, lupin etc. ca substrat proteic pentru PS Cu toate acestea, materiile prime agricole din plante conțin proteine, a căror compoziție dezechilibrată depinde de condițiile de creștere a culturilor, precum și de lipide. în cantităţi mai mari decât produsele de origine animală.

Un grup mare este format din PS fabricate din materii prime proteice de origine microbiană (drojdie, bacterii etc.). Compoziția de aminoacizi a microorganismelor care servesc drept substrat pentru prepararea PS a fost bine studiată, iar biomasa microorganismelor utilizate este completă din punct de vedere al compoziției nutritive și se caracterizează printr-un conținut crescut de lizină și treonină.

A fost dezvoltată o întreagă gamă de PS cu compoziție combinată din substraturi proteice de diferite origini. Acestea includ mediu nutritiv de cazeină de drojdie, mediu de carne de drojdie etc. Baza celor mai cunoscute PS-uri sunt hidrolizate de cazeină, carne de bovine și pește (până la 80%).

Ponderea materiilor prime nealimentare în tehnologia de construcție PS este de doar 15% și trebuie crescută în viitor.

Materiile prime nealimentare utilizate pentru obținerea unei baze nutriționale (NB) trebuie să îndeplinească anumite cerințe și anume:

^ complet (compoziția cantitativă și calitativă a materiilor prime ar trebui să satisfacă în principal nevoile nutriționale ale microorganismelor și celulelor pentru care sunt dezvoltate PS);

^ accesibil (au o bază de materie primă destul de extinsă);

^ avansat tehnologic (costurile de implementare în producție trebuie efectuate folosind echipamente existente sau tehnologie existentă);

^ economic (costurile de introducere a tehnologiei la trecerea la noi materii prime și prelucrarea acestora nu trebuie să depășească standardele de cost pentru obținerea produsului țintă);

^ standard (au termen de valabilitate lung, fără a modifica proprietățile fizico-chimice și valoarea nutritivă)

Tabel periodic

Un sistem de cultivare în loturi este un sistem în care, după introducerea bacteriilor (inoculare) în mediul nutritiv, nu se adaugă sau se îndepărtează componente, cu excepția fazei gazoase. Rezultă că un sistem periodic poate susține reproducerea celulară pentru o perioadă limitată de timp, timp în care compoziția mediului nutritiv se schimbă de la favorabil (optim) pentru creșterea lor la nefavorabil, până la încetarea completă a creșterii celulare.

Bacteriile trăiesc pe planeta Pământ de mai bine de 3,5 miliarde de ani. În acest timp au învățat multe și s-au adaptat la multe. Acum ei ajută oamenii. Bacteriile și oamenii au devenit inseparabili. Masa totală a bacteriilor este enormă. Este de aproximativ 500 de miliarde de tone.

Bacteriile beneficeîndeplinesc două dintre cele mai importante funcții ecologice - fixează azotul și participă la mineralizarea reziduurilor organice. Rolul bacteriilor în natură este global. Ele sunt implicate în mișcarea, concentrarea și dispersia elementelor chimice în biosfera pământului.

Importanța bacteriilor benefice pentru oameni este mare. Ei alcătuiesc 99% din întreaga populație care locuiește în corpul său. Datorită lor, o persoană trăiește, respiră și mănâncă.

Important. Îi asigură complet viața.

Bacteriile sunt destul de simple. Oamenii de știință sugerează că au fost primii care au apărut pe planeta Pământ.

Bacteriile benefice din corpul uman

Corpul uman este locuit atât de utile cât și. Echilibrul existent între organismul uman și bacterii a fost rafinat de-a lungul secolelor.

Oamenii de știință au calculat că corpul uman conține între 500 și 1000 de tipuri diferite de bacterii sau trilioane din acești rezidenți uimitori, ceea ce înseamnă până la 4 kg din greutatea totală. Până la 3 kilograme de corpuri microbiene se găsesc doar în intestine. Restul se găsesc în tractul genito-urinar, pe piele și alte cavități ale corpului uman. Microbii umplu corpul unui nou-născut încă din primele minute ale vieții sale și în cele din urmă formează compoziția microflorei intestinale până la vârsta de 10-13 ani.

Intestinele sunt locuite de streptococi, lactobacili, bifidobacterii, enterobacterii, ciuperci, virusuri intestinale și protozoare nepatogene. Lactobacilii și bifidobacteriile reprezintă 60% din flora intestinală. Compoziția acestui grup este întotdeauna constantă, acestea sunt cele mai numeroase și îndeplinesc principalele funcții.

Bifidobacterii

Importanța acestui tip de bacterii este enormă.

• Datorită acestora, se produc acetat și acid lactic. Acidificând habitatul, ele suprimă creșterea bacteriilor care provoacă putrezirea și fermentația.
• Datorită bifidobacteriilor, riscul de a dezvolta alergii alimentare la bebeluși este redus.
• Acestea oferă efecte antioxidante și antitumorale.
• Bifidobacteriile participă la sinteza vitaminei C.
• Bifidobacteriile și lactobacilii participă la absorbția vitaminei D, calciului și fierului.

Orez. 1. Fotografia prezintă bifidobacterii. Vizualizare pe computer.

Escherichia coli

Importanța bacteriilor din această specie pentru oameni este mare.

• O atenție deosebită este acordată reprezentantului acestui gen Escherichia coli M17. Este capabil să producă substanța cocilină, care inhibă creșterea unui număr de microbi patogeni.
• Cu participarea vitaminelor K, grupa B (B1, B2, B5, B6, B7, B9 și B12), sunt sintetizate acizii folic și nicotinic.

Orez. 2. Fotografia prezintă E. coli (imagine tridimensională de computer).

Rolul pozitiv al bacteriilor în viața umană

• Cu participarea bifido-, lacto- și enterobacterii, se sintetizează vitaminele K, C, grupa B (B1, B2, B5, B6, B7, B9 și B12), acizii folic și nicotinic.
• Datorită acestui fapt, componentele alimentare nedigerate din intestinele superioare sunt descompuse - amidon, celuloză, proteine ​​și fracții de grăsime.
• Microflora intestinală menține metabolismul apă-sare și homeostazia ionică.
• Datorită secreției de substanțe speciale, microflora intestinală suprimă creșterea bacteriilor patogene care provoacă putrezirea și fermentația.
• Bifido-, lacto- și enterobacteriile participă la detoxifierea substanțelor care intră din exterior și se formează în interiorul organismului.
• Microflora intestinală joacă un rol important în restabilirea imunității locale. Datorită acesteia, crește numărul de limfocite, activitatea fagocitelor și producția de imunoglobuline A.
• Datorită microflorei intestinale, dezvoltarea aparatului limfoid este stimulată.
• Rezistența epiteliului intestinal la agenți cancerigeni crește.
• Microflora protejează mucoasa intestinală și oferă energie epiteliului intestinal.
• Acestea reglează motilitatea intestinală.
• Flora intestinală dobândește abilitățile de a captura și elimina virușii din corpul gazdei, cu care se află în simbioză de mulți ani.
• Importanta bacteriilor in mentinerea echilibrului termic al organismului este mare. Microflora intestinală este hrănită cu substanțe nedigerate de sistemul enzimatic, care provin din secțiunile superioare. tractului gastrointestinal. Ca rezultat al reacțiilor biochimice complexe, se produce o cantitate imensă de energie termică. Căldura este transportată prin fluxul sanguin în tot organismul și pătrunde în toate organele interne. Acesta este motivul pentru care o persoană îngheață întotdeauna când postește.
• Microflora intestinală reglează reabsorbția componentelor acizilor biliari (colesterol), hormoni etc.

Orez. 3. Fotografia prezintă bacterii benefice - lactobacili (imagine tridimensională de computer).

Rolul bacteriilor în producerea de azot

Microbii amonificători(care provoacă degradare) cu ajutorul unui număr de enzime pe care le au sunt capabile să descompună rămășițele animalelor și plantelor moarte. Când proteinele se descompun, se eliberează azot și amoniac.

Urobacterii descompune ureea, pe care oamenii și toate animalele de pe planetă o excretă în fiecare zi. Cantitatea sa este uriașă și ajunge la 50 de milioane de tone pe an.

Un anumit tip de bacterii este implicat în oxidarea amoniacului. Acest proces se numește nitrofizare.

Microbii denitrificatori returnează oxigenul molecular din sol în atmosferă.

Orez. 4. Fotografia prezintă bacterii benefice - microbi amonifitori. Ele supun rămășițele animalelor și plantelor moarte la descompunere.

Rolul bacteriilor în natură: fixarea azotului

Importanța bacteriilor în viața oamenilor, animalelor, plantelor, ciupercilor și bacteriilor este enormă. După cum știți, azotul este necesar pentru existența lor normală. Dar bacteriile nu pot absorbi azotul în stare gazoasă. Se pare că algele albastre-verzi pot lega azotul și pot forma amoniac ( Cianobacterii), fixatori de azot cu viață liberă si deosebita . Toate aceste bacterii benefice produc până la 90% din azot fix și implică până la 180 de milioane de tone de azot în fondul de azot al solului.

Bacteriile nodulare coexistă bine cu plante leguminoaseși cătină.

Plante precum lucerna, mazărea, lupinul și alte leguminoase au așa-numitele „apartamente” pentru bacteriile nodulare pe rădăcini. Aceste plante sunt plantate pe soluri sărăcite pentru a le îmbogăți cu azot.

Orez. 5. În fotografie bacterii nodulare pe suprafața părului rădăcină a unei leguminoase.

Orez. 6. Fotografia rădăcinii unei leguminoase.

Orez. 7. Fotografia prezintă bacterii benefice - cianobacteriile.

Rolul bacteriilor în natură: ciclul carbonului

Carbonul este cea mai importantă substanță celulară la animale și floră, precum și lumea plantelor. Reprezintă 50% din materia uscată a celulei.

O mulțime de carbon este conținută în fibra pe care o mănâncă animalele. În stomacul lor, fibrele se descompune sub influența microbilor și apoi ies sub formă de gunoi de grajd.

Descompuneți fibrele bacterii celulozice. Ca urmare a muncii lor, solul este îmbogățit cu humus, ceea ce îi crește semnificativ fertilitatea, iar dioxidul de carbon este returnat în atmosferă.

Orez. 8. Verde Simbioții intracelulari sunt colorați, galbenul este masa lemnului prelucrat.

Rolul bacteriilor în transformarea fosforului, fierului și sulfului

Proteinele și lipidele conțin cantități mari de fosfor, a cărui mineralizare se efectuează Tu. megatherium(dintr-un gen de bacterii putrefactive).

Bacteriile de fier participa la procesele de mineralizare a compușilor organici care conțin fier. Ca urmare a activității lor, în mlaștini și lacuri se formează cantități mari de minereu de fier și depozite de feromangan.

Bacteriile cu sulf trăiesc în apă și sol. Sunt multe în gunoi de grajd. Ei participă la procesul de mineralizare a substanțelor de origine organică care conțin sulf. În timpul descompunerii substanțelor organice care conțin sulf, se eliberează hidrogen sulfurat gazos, care este extrem de toxic pentru mediu, inclusiv pentru toate ființele vii. Ca rezultat al activității lor vitale, bacteriile cu sulf transformă acest gaz într-un compus inactiv, inofensiv.

Orez. 9. În ciuda aparentului lipsă de viață, în râul Rio Tinto există încă viață. Acestea sunt diverse bacterii oxidante de fier și multe alte tipuri care pot fi găsite doar în acest loc.

Orez. 10. Bacteriile verzi cu sulf din coloana lui Winogradsky.

Rolul bacteriilor în natură: mineralizarea reziduurilor organice

Bacteriile care participă activ la mineralizarea compușilor organici sunt considerate agenți de curățare (igienizatori) ai planetei Pământ. Cu ajutorul lor, substanțele organice ale plantelor și animalelor moarte sunt transformate în humus, pe care microorganismele din sol îl transformă în săruri minerale, atât de necesare pentru construirea sistemelor de rădăcină, tulpină și frunze ale plantelor.

Orez. 11. Mineralizarea substanțelor organice care intră în rezervor are loc ca urmare a oxidării biochimice.

Rolul bacteriilor în natură: fermentarea substanțelor pectinice

Celulele organismelor vegetale sunt legate între ele (cimentate) printr-o substanță specială numită pectină. Unele tipuri de bacterii cu acid butiric au capacitatea de a fermenta această substanță, care, atunci când este încălzită, se transformă într-o masă gelatinoasă (pectis). Această caracteristică este utilizată la înmuierea plantelor care conțin multe fibre (in, cânepă).

Orez. 12. Există mai multe modalități de a obține trusturi. Cea mai comună este metoda biologică, în care legătura dintre partea fibroasă și țesuturile înconjurătoare este distrusă sub influența microorganismelor. Procesul de fermentare a substanțelor pectinice din plantele de liben se numește înrădăcinare, iar paiele înmuiate se numesc încredere.

Rolul bacteriilor în purificarea apei

Bacteriile care purifică apa, stabilizează nivelul de aciditate. Cu ajutorul lor, sedimentele de fund sunt reduse și sănătatea peștilor și a plantelor care trăiesc în apă se îmbunătățește.

Recent, un grup de oameni de știință din diferite țări Au fost descoperite bacterii care distrug detergenții găsiți în sintetice detergenti si unele medicamente.

Orez. 13. Activitatea xenobacteriilor este utilizată pe scară largă pentru curățarea solurilor și a corpurilor de apă contaminate cu produse petroliere.

Orez. 14. Domuri din plastic care purifică apa. Conțin bacterii heterotrofe care se hrănesc cu materiale care conțin carbon și bacterii autotrofe care se hrănesc cu materiale care conțin amoniac și azot. Un sistem de tuburi le menține pe suport vital.

Utilizarea bacteriilor în prepararea minereurilor

Abilitatea bacterii oxidante de sulf tion folosit pentru îmbogățirea minereurilor de cupru și uraniu.

Orez. 15. Fotografia prezintă bacterii benefice - Thiobacilli și Acidithiobacillus ferrooxidans (micrografie electronică). Sunt capabili să extragă ioni de cupru pentru a leși deșeurile care se formează în timpul concentrației de flotație a minereurilor sulfurate.

Rolul bacteriilor în fermentarea acidului butiric

Microbii de acid butiric sunt peste tot. Există mai mult de 25 de tipuri de acești microbi. Ei participă la procesul de descompunere a proteinelor, grăsimilor și carbohidraților.

Fermentarea acidului butiric este cauzată de bacteriile anaerobe care formează spori aparținând genului Clostridium. Sunt capabili să fermenteze diferite zaharuri, alcooli, acizi organici, amidon și fibre.

Orez. 16. Fotografia prezintă microorganisme de acid butiric (vizualizare pe computer).

Rolul bacteriilor în viața animală

Multe specii din lumea animală se hrănesc cu plante, a căror bază este fibrele. Microbii speciali, localizați în anumite părți ale tractului gastrointestinal, ajută animalele să digere fibrele (celuloza).

Importanța bacteriilor în creșterea animalelor

Activitatea vitală a animalelor este însoțită de eliberarea unor cantități uriașe de gunoi de grajd. Din acesta, unele microorganisme pot produce metan („gaz de mlaștină”), care este folosit ca combustibil și materie primă în sinteza organică.

Orez. 17. Gaz metan ca combustibil pentru mașini.

Utilizarea bacteriilor în industria alimentară

Rolul bacteriilor în viața umană este enorm. Folosit pe scară largă în industria alimentară bacterii lactice:

• în producția de lapte coagulat, brânzeturi, smântână și chefir;
• la fermentarea varzei și la murarea castraveților, ei participă la înmuierea merelor și la murarea legumelor;
• dau o aroma deosebita vinurilor;
• produc acid lactic, care fermentează laptele. Această proprietate este folosită pentru producerea de lapte coagulat și smântână;
• la prepararea brânzeturilor și a iaurturilor la scară industrială;
• În timpul procesului de saramură, acidul lactic servește ca conservant.

Bacteriile lactice includ streptococi din lapte, streptococi cremosi, bulgari, acidophilus, boabe termofile și batoane de castraveți. Bacteriile din genul streptococi și lactobacili conferă produselor o consistență mai groasă. Ca urmare a activității lor vitale, calitatea brânzeturilor se îmbunătățește. Ele dau brânzei o anumită aromă de brânză.

Orez. 18. În fotografie există bacterii benefice - lactobacili ( roz), bacil bulgar și streptococ termofil.

Orez. 19. În fotografie sunt bacterii benefice - ciuperca chefir (tibetan sau lapte) și batoane de acid lactic înainte de a fi adăugate direct în lapte.

Orez. 20. Produse lactate fermentate.

Orez. 21. La prepararea brânzei mozzarella se folosesc streptococii termofili (Streptococcus thermophilus).

Orez. 22. Există multe varietăți de penicilină de mucegai. Crusta catifelată, venele verzui, gustul unic și aroma medicinală de amoniac ale brânzeturilor sunt unice. Gustul de ciuperci al brânzeturilor depinde de locul și durata de coacere.

Orez. 23. Bifiliz este un produs biologic pentru administrare orală care conține o masă de bifidobacterii vii și lizozim.

Utilizarea drojdiei și ciupercilor în industria alimentară

Specia de drojdie utilizată în principal în industria alimentară este Saccharomyces cerevisiae. Ele efectuează fermentația alcoolică, motiv pentru care sunt utilizate pe scară largă în panificație. Alcoolul se evaporă în timpul coacerii, iar bulele de dioxid de carbon formează un pesmet.

Din 1910, drojdia a început să fie adăugată la cârnați. Drojdia din specia Saccharomyces cerevisiae este folosită pentru producția de vinuri, bere și kvas.

Orez. 24. Kombucha este o simbioză prietenoasă între un baton de oțet și ciuperci de drojdie. A apărut în zona noastră în secolul trecut.

Orez. 25. Drojdia uscată și umedă sunt utilizate pe scară largă în industria de panificație.

Orez. 26. Vedere a celulelor de drojdie Saccharomyces cerevisiae la microscop și Saccharomyces cerevisiae - drojdie de vin „adevărată”.

Rolul bacteriilor în viața umană: oxidarea acidului acetic

Pasteur a demonstrat, de asemenea, că microorganismele speciale iau parte la oxidarea acidului acetic - batoane de otet, care se găsesc pe scară largă în natură. Se aseaza pe plante si patrund in legumele si fructele coapte. Există multe dintre ele în legume și fructe murate, vin, bere și kvas.

Capacitatea batoanelor de oțet de a oxida alcoolul etilic la acid acetic este folosită astăzi pentru a produce oțet, folosit în scopuri alimentare și la prepararea hranei pentru animale - însilozare (conservare).

Orez. 27. Procesul de însilozare a furajelor. Silozul este un furaj suculent cu valoare nutritivă ridicată.

Rolul bacteriilor în viața umană: producția de medicamente

Studierea activității de viață a microbilor a permis oamenilor de știință să folosească unele bacterii pentru a sintetiza medicamente antibacteriene, vitamine, hormoni și enzime.

Ele ajută la combaterea multor boli infecțioase și boli virale. Cel mai adesea se produc antibiotice actinomicete, mai rar - bacterii nemicelare. Penicilina, obținută din ciuperci de mucegai, distruge membrana celulară a bacteriilor. Streptomicete produc streptomicina, care inactivează ribozomii celulelor microbiene. Bețe de fân sau Bacillus subtilis acidulează mediul înconjurător. Ele inhibă creșterea microorganismelor putrefactive și oportuniste datorită formării unui număr de substanțe antimicrobiene. Bacillus subtilis produce enzime care distrug substanțele care se formează ca urmare a degradarii țesutului putrefactiv. Sunt implicați în sinteza aminoacizilor, vitaminelor și compușilor imunoactivi.

Folosind tehnologie inginerie genetică, astăzi oamenii de știință au învățat să folosească pentru producerea de insulină și interferon.

Un număr de bacterii ar trebui să fie folosite pentru a produce o proteină specială care poate fi adăugată în hrana animalelor și în hrana umană.

Orez. 28. În fotografie, spori de Bacillus subtilis (colorați în albastru).

Orez. 29. Biosporin-Biopharma este un medicament domestic care conține bacterii apogene din genul Bacillus.

Utilizarea bacteriilor pentru a produce erbicide sigure

Astăzi tehnica de aplicare este utilizată pe scară largă fitobacterii pentru producerea de erbicide sigure. Toxine Bacillus thuringiensis secretă Cry-toxine care sunt periculoase pentru insecte, ceea ce face posibilă utilizarea acestei caracteristici a microorganismelor în lupta împotriva dăunătorilor plantelor.

Utilizarea bacteriilor în producerea detergenților

Proteazele sau descompun legăturile peptidice dintre aminoacizii care alcătuiesc proteinele. Amilaza descompune amidonul. Bacillus subtilis (B. subtilis) produce proteaze și amilaze. Amilazele bacteriene sunt utilizate la producerea pudrei de spălat.

Orez. 30. Studierea activității de viață a microbilor permite oamenilor de știință să folosească unele dintre proprietățile lor în beneficiul oamenilor.

Importanța bacteriilor în viața umană este enormă. Bacteriile benefice au fost însoțitorii constanti ai oamenilor timp de multe milenii. Sarcina umanității este să nu perturbe acest echilibru delicat care s-a dezvoltat între microorganismele care trăiesc în interiorul nostru și în mediu. Rolul bacteriilor în viața umană este enorm. Oamenii de știință descoperă în mod constant proprietăți benefice microorganisme, a căror utilizare în viata de zi cu zi iar în producție este limitată doar de proprietățile lor.

Articole din secțiunea „Ce știm despre microbi”Cele mai populare