Задаю вопрос об отношении бактерий к кислороду, а также по использованию его в процессах получения энергии
1. Облигатные аэробы
2. Облигатные анаэробы
3. Факультативные анаэробы
1: растут и размножаются только в присутствии кислорода (тип метаболизма кислородное дыхание)
а. строгие аэробы
б. микроарофилы (растут и при пониженном содержании кислорода)
2: не используют кислород для получения энергии (тип метаболизма - бродильный)
а. строгие анаэробы (молекулярный кислород токсичен: убивает или ограничивает рост). Энергию получают маслено-кислым брожением
б. аэротолерантные-не используют кислород для получения энергии, но могут существовать в его атмосфере (молочно-кислое брожение).
3: способны расти и размножаться как при О, так и без него.
Отношение к О зависит от наличия ферментативных систем (при молекулярном кислороде наиболее токсичен его радикал)
Облигатные аэробы и факультативные анаэробы:
1) фермент супероксиддисмутаза
2О +2Н= ПЕРЕКИСЬ +МОЛЕКУЛЯРНЫЙ О
2) КАТАЛАЗА
ПЕРИКИСЬ = ВОДА+ МОЛЕКУЛЯРНЫЙ О
Облигатные анаэробы:
У аэротолерантных:
1) фермент супероксиддисмутаза отсутствует, но его заменяет марганец.
2О = ПЕРЕКИСЬ +МnО
2) вместо каталазы, перексидаза
ПЕРИКИСЬ = ВОДА+ ОКСИД ОПРЕДЕЛЕННОГО В-ВА
У строгих анаэробов:
нет ни каталазы, ни перексидазы, следовательно, перекись абсолютно губительна, но есть супероксиддисмутаза, что и определяет относительную устойчивость при определенном количестве кислорода.
1) фермент супероксиддисмутаза
2О +2Н= ПЕРЕКИСЬ +МОЛЕКУЛЯРНЫЙ О
2) ПЕРЕКИСЬ – абсолютно токсична
В зависимости от способа получения энергии у бактерий имеется несколько типов метаболизма:
1) окислительный или дыхание (процесс получения энергии в реакциях о-в, донор - орган. соед., акцептор – неорг.),
2) бродильный или ферментативный (отщепл от субстр. Н переносится на орг. соед. – О2 участия не принимает);
3) смешанный (муравьино-кислым брожением):
а) расщепление пирувата с образованием ацетилкофермента и муравьиной к-ты (+ этанол, янтарная и молочная к-ты). Сильное кислотообразование можно выявить реакцией с индикатором метил-рот, который меняет окраску в кислой среде, т. е. при смешанном типе, выявляемом реакцией с метил красным, образуется большое количество кислот, в некоторых случаях — газ.
б) При бутандиоловом типе основными продуктами являются 2,3-бутандиол и ацетоин, выявляемые реакцией Фогеса—Проскауэра (на способность бактерий образовывать ацетилметилкарбинол при ферментации глюкозы. Индикацию проводят внесением в культуру нескольких капель ά-нафтола и 1 мл 10% КОН при положительном результате среда окрашивается в красный цвет – ацетилметилкарбинол реакция, - ацетоиновая р-ция).
При внесении бактерий в питательную среду они растут и размножаются до тех пор, пока содержание какого-нибудь из необходимых компонентов среды не достигнет минимума, после чего рост и размножение npeкращаются. Если на протяжении всего этого времени не прибавлять питательных веществ и не удалять конечных продуктов обмена, то получаем статическую бактериальную культур у. Статическая (периодическая) культура бактерий ведет себя как многоклеточный организм, с генетическим ограничением роста.
Если построить график, по оси абсцисс которого отложить время, а по оси ординат — число клеток, то получим кривую, описывающую зависимость числа образующихся клеток oт времени размножения, которая называется кривой роста.
Кривая роста бактерий в жидкой питательной среде. На этой кривой можно различить несколько фаз, сменяющих друг друга в определенной последовательности:
1. Начальная — лаг-фаза (англ.отставать). Охватывает промежуток времени между инокуляцией (посевом бактерий) и началом размножения. Ее продолжительность составляет в среднем 2—5 ч и зависит от состава питательной среды, от возраста засеваемой культуры. Во время лаг-фазы происходит адаптация бактериальных клеток к новым условиям культивирования, идет синтез индуцибельных ферментов. |
2. Экспоненциальная (логарифмическая) фаза. Характеризуется постоянной максимальной скоростью деления клеток. Скорость зависит от вида бактерий и питательной среды. Время удвоения клеток называется временем генерации, которое варьирует от вида бактериальной культуры: у бактерий рода Pseudomonas оно равняется 14 мин, а у Mycobacterium — 24 ч. Величина клеток и содержание белка в них во время экспоненциальной фазы остаются постоянными. Бактериальная культура в этой фазе состоит из стандартных клеток.
3.Стационарная фаза. Наступает тогда, когда число клеток перестает увеличиваться.
Так как скорость роста зависит от концентрации питательных веществ, то при уменьше-
нии содержания последних в питательной среде уменьшается и скорость роста. Снижение
скорости роста происходит также из-за большой плотности бактериальных клеток, сни-
жения парциального давления кислорода, накопления токсических продуктов обмена.
Продолжительность стационарной фазы составляет несколько часов и зависит от вида
бактерий и особенностей их культивирования.
4.Фаза отмирания. Наступает вследствие накопления кислых продуктов обмена или в
результате автолиза под влиянием собственных ферментов. Продолжительность этой фа-
зы колеблется от десятка часов до нескольких недель.
5. Постоянное нахождение бактериальной популяции в логарифмической фазе роста
наблюдается в непрерывной культуре, что достигается постепенным дозированием поступления питательных веществ, контролем плотности бактериальной суспензии и удалением метаболитов. Непрерывные бактериальные культуры используются в биотехнологических процессах.
Накопление бактериальной массы (числа бактерий) при культивировании зависит от многих факторов (качество питательных сред, посевная доза, температура выращивания, рН, наличие активирующих рост добавок и др.).
На жидких питательных средах рост и размножение бактерий проявляются в виде диффузного помутнения, образования придонного осадка или поверхностной пленки. Особенностью размножения бактерий роста Leptospira на жидких средах является отсутствие видимых проявлений роста.
На плотных питательных средах бактерии образуют скопление клеток — колонии,
которые принято считать потомком одной клетки. Колонии различаются формой, размерами, поверхностью, прозрачностью, консистенцией и окраской. Колонии с гладкой блестящей поверхностью принято называть колониями в S-форме {smooth — гладкий, англ.). Колонии с матовой шероховатой поверхностью называют R-формами {rough — шероховатый, англ.).
Окраска колоний определяется способностью бактерий синтезировать пигменты.
Пигменты различаются по цвету, химическому составу и растворимости.
Пигменты предохраняют бактериальную клетку от УФ-лучей, обезвреживают токсичнее кислородные радикалы, обладают антибиотическими свойствами, принимают участие в реакциях, сопутствующих фотосинтезу в фототрофных бактериях.
Вид, форма, цвет и другие особенности колоний, а также характер роста на плотных питательных средах определяются как культуральные свойства бактерий и учитываются при их идентификации.
Помимо бинарного деления некоторые представители царства Procaryotae имеют иные способы размножения.
Актиномицеты могут размножаться путем фрагментации гифов. Представители семейства Streptomycetaceae размножаются спорами.
Микоплазмы являются полиморфными бактериями, что обусловлено особенностями их размножения. Помимо поперечного деления, если оно происходит синхронно с синтезом ДНК, микоплазмы могут размножаться почкованием. В этом случае основной морфологической репродуцирующейся единицей являются элементарные тельца сферической или овоидной формы, размножающиеся фрагментацией и почкованием.
Хламидии н е обладают способностью к бинарному делению. Они проходят через цикл развития, который предусматривает существование двух форм: внеклеточных инфекционных, малых размеров элементарных телец, не обладающих способностью к бинарному делению, и внутриклеточного, метаболически активного, крупных размеров ретикулярного тельца, способного к бинарному делению. В результате бинарного деления ретикулярного тельца формируются дочерние элементарные тельца, которые выделяются из клетки.
Некоторые спирохеты, например Treponema pallidum, способны образовывать в неблагоприятных условиях цисты, которые, распадаясь на зерна, дают потомство новым бактериальным клеткам.
Некультивируемые формы бактерий. Некоторые неспорообразующие бактерии способны переживать неблагоприятные для размножения условия окружающей среды, переходя в некультивируемое состояние. В этом состоянии бактериальные клетки сохраняют свою метаболическую активность, но не способны к непрерывному клеточному делению, необходимому для роста на жидких и плотных питательных средах. При смене условий существования, в частности при попадании в организм человека или животных, клетки вновь приобретают способность к размножению и сохраняют свой патогенный потенциал. Переход в некультивируемое (покоящееся) состояние обеспечивает сохранение патогенных бактерий в межэпидемические и межэпизоотические периоды. При переходе в некультивируемую форму бактериальные клетки уменьшаются в размерах, приобретают сферическую форму, меняют вязкость ЦПМ. У них сохраняется транспорт электронов по дыхательной цепи и невысокий уровень метаболической активности. На переход в некультивируемую форму влияют температура, концентрация солей, свет, парциальное давление кислорода, содержание питательных веществ, а также метаболиты водорослей, находящихся в биоценозе с бактериями. Выявить наличие бактерий, находящихся в некультивируемои форме, можно с помощью полимеразной цепной реакции (ПЦР) (разд. 5.6.3) или применением красителей, меняющих окраску в окисленной и восстановленной форме. Возврат способности к размножению и росту находящихся в покоящейся форме клеток могут вызвать естественные факторы: простейшие, обитатели почв и водоемов, фитогормоны, выделяемые корневыми волосками растений.
