zanyatie_3

1.

ФГБОУ ВО ИГМУ КАФЕДРА МИКРОБИОЛОГИИ,
ВИРУСОЛОГИИ И ИММУНОЛОГИИ
ПРЕДСТАВЛЕНИЕ О БАКТЕРИАЛЬНОЙ
КЛЕТКЕ КАК О ЖИВОЙ СИСТЕМЕ

2.

Принцип
«биохимического
единства» - один
из
немногих
догм,
который
признает
наш
век.
Г. Шлегель
2

3.

Основные термины:
• вид – совокупность микроорганизмов, имеющих
единое происхождение и генотип, сходных по
морфологическим и биологическим свойствам
• чистая культура – культура, содержащая
микроорганизмы одного вида, полученные из одной
клетки
• штамм – культура бактерий одного вида, выделенная
из разных источников или из одного источника в
разное время
• микробная популяция – совокупность особей
одного вида, относительно длительно обитающих на
определенной территории и способных к обмену
генетическим материалом
• клон – культура микроорганизмов, полученная из
одной материнской клетки
• колония микроорганизмов – микробные клетки
одного вида, выросшие из одной клетки в виде
изолированного скопления на плотной питательной
среде

4.

Физиологические функции
микроорганизмов:
питание
дыхание
рост и размножение
взаимодействие с окружающей
средой
• В основе физиологических функций
лежит непрерывный обмен веществ
(метаболизм).

5.

• Сущность обмена веществ составляют два
противоположных и вместе с тем взаимосвязанных
процесса: ассимиляция (анаболизм) и диссимиляция
(катаболизм).
• В процессе ассимиляции происходит усвоение питательных
веществ и использование их для синтеза клеточных
структур. При процессах диссимиляции питательные
вещества разлагаются и окисляются, при этом выделяется
энергия, необходимая для жизни микробной клетки.
• В результате распада питательных веществ происходит
расщепление сложных органических соединений на более
простые, низкомолекулярные. Часть из них выводится из
клетки, а другие снова используются клеткой для
биосинтетических реакций и включаются в процессы
ассимиляции.
• Все процессы синтеза и распада питательных веществ
совершаются с участием ферментов.
• Особенностью микроорганизмов является интенсивный
обмен веществ. За сутки при благоприятных условиях одна
микробная клетка может переработать такое количество
питательных веществ, которое в 30-40 раз больше ее массы.

6.

Химический состав бактериальной клетки
СУХОЕ ВЕЩЕСТВО:
- органические (белки,
нуклеиновые кислоты, углеводы,
липиды) соединения
- Органогенные элементы и
минеральные соединения

7.

Органогенные элементы (составляют основу органического
вещества): 95 % сухого вещества
• АЗОТ (N)
• УГЛЕРОД (C)
• КИСЛОРОД (O)
• ВОДОРОД (H)
Минеральные вещества - фосфор, натрий, калий, магний, сера,
железо, хлор и другие
Фосфор входит в состав нуклеиновых кислот, фосфолипидов,
многих ферментов, а также АТФ.
Натрий участвует в поддержании осмотического давления в клетке.
• Железо содержится в дыхательных ферментах.
• Магний входит в состав рибонуклеата магния, который
локализован на поверхности грамположительных бактерий.
Для развития микроорганизмов необходимы микроэлементы,
содержащиеся в клетке в очень малых количествах. К ним относят
кобальт, марганец, медь, хром, цинк, молибден и многие другие.
Микроэлементы участвуют в синтезе некоторых ферментов и
активируют их. Соотношение отдельных химических элементов в
микробной клетке может колебаться в зависимости от вида
микроорганизма, состава питательной среды, характера обмена и
условий существования во внешней среде.

8.

Вода
• Все вещества поступают в клетку с водой, с
ней же удаляются продукты обмена. Вода в
микробной клетке находится в свободном
состоянии как самостоятельное соединение,
но большая часть ее связана с различными
химическими компонентами клетки
(белками, углеводами, липидами) и входит в
состав клеточных структур. Обеспечивает
механическую роль в тургоре клетки.
Участвует в процессах роста и размножения
клетки.
• Свободная вода принимает участие в
химических реакциях, протекающих в
клетке, является растворителем различных
химических соединений, а также служит
дисперсной средой для коллоидов.

9.

Белки
• В составе нуклеопротеидов - соединение белка с
нуклеиновыми кислотами (ДНК и РНК)
• В составе липопротеидов, гликопротеидов,
хромопротеидов
• распределены в цитоплазме, нуклеоиде, ЦПМ, в
составе структур клеточной стенки, жгутиков
(сократительная функция)
• К белкам принадлежат ферменты, многие токсины
микроорганизмов
• Транспортная функция (белки в ЦПМ)
• Запасное вещество клетки
• Видовая специфичность микроорганизмов зависит от
количественного и качественного состава белковых
веществ.

10.

Углеводы
• Клетки микроорганизмов содержат простые (моно- и
дисахариды) и высокомолекулярные (полисахариды)
углеводы.
• используются микробной клеткой в качестве источника
энергии и углерода; используются для синтеза белков и
липидов
• структурные компоненты клетки (клеточная оболочка,
капсула и другие)
• входят также в состав тейхоевой кислоты, характерной
для грамположительных бактерий.
• Включения (гликоген и крахмал) - запасные
питательные вещества в клетке.
• Углеводный состав различен у разных видов
микроорганизмов и зависит от их возраста и условий
развития.
• Обеспечивает антигенную специфичность (Vi –
антиген, К-антиген)

11.

Липиды
• Липиды состоят в основном из нейтральных жиров,
жирных кислот, фосфолипидов. Общее количество их
зависит от возраста и вида микроорганизма.
• Определяют устойчивость к кислотам, щелочам и
спиртам
• Например, у микобактерий туберкулеза количество
липидов достигает 40%, что обусловливает
устойчивость этих бактерий к воздействию факторов
внешней среды.
• являются необходимыми компонентами ЦПМ и
клеточной стенки
• участвуют в энергетическом обмене
• роль запасных веществ
• Определяют заряд клетки
• Обеспечивают проницаемость мембран
• В клетках микроорганизмов липиды могут быть
связаны с углеводами и белками, составляя сложный
комплекс, определяющий токсические свойства
микроорганизмов.

12.

НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ
1. ДНК
• Хранит и передает генетическую
информацию в ряду последующих
поколений
• Реализует генетическую информацию
в процессе жизнедеятельности
микробной клетки, обеспечивая
транскрипцию
2. РНК
• Реализует генетическую информацию в
процессе трансляции (и-РНК)
• Транспорт аминокислот к рибосомам
(т-РНК)
• Структурный компонент рибосом (рРНК)

13.

Питание бактерий
• поступление питательных веществ происходит через
всю поверхность клетки, одновременно идет
выделение продуктов метаболизма;
• микробная клетка обладает исключительной
быстротой метаболических реакций;
• микроорганизмы способны довольно быстро
адаптироваться к изменяющимся условиям среды
обитания
микробам присущ голофитный
тип питания, то есть они
способны поглощать
питательные вещества только в
растворенном виде

14.

микробные клетки используют в
качестве питательных веществ
различные органические и
неорганические соединения:

15.

классификация микробов по способности
утилизировать питательные субстраты
по потребности в
углероде:
гетеротрофы:
сапрофиты и
паразиты
по потребности в
азоте:
аминогетеротрофы
по характеру
источника
энергии:
хемотрофы:
хемолитотрофы
хемоорганотрофы
по способности
секретировать ростовые
факторы
прототрофы
автотрофы/
аутотрофы
аминотрофы
фототрофы
ауксотрофы

16.

Задание 1. Ответить на вопросы:
• Кто такие гетеротрофы,
автотрофы, аминогетеротрофы,
аминотрофы, хемотрофы,
фототрофы, ауксотрофы? (дайте
определение).
• Какие бактерии являются
сапрофитами?
• Что такое ростовые факторы?

17.

Задание 2.
патогенные
мотивируйте
Какой тип питания имеют
микроорганизмы,
ответ
и
запишите
в
таблицу:
Тип питания
микроорганизмов
По потребности в углероде
По потребности в азоте
По характеру источника
энергии
По способности
синтезировать ростовые
факторы
Патогенные
микроорганизмы

18.

Пути поступления питательных веществ в микробную клетку

19.

1. Пассивная диффузия, т. е. перемещение веществ через толщу мембраны, в
результате чего выравниваются концентрация веществ и осмотическое давление по обе
стороны оболочки. Таким путем могут проникать питательные вещества, когда
концентрация в среде значительно превышает концентрацию веществ в клетке.
2. Облегченная диффузия - проникновение питательных веществ в клетку с помощью
активного переноса их особыми молекулами-переносчиками, называемыми
пермеазами. Это вещества ферментной природы, которые локализованы на ЦПМ и
обладают специфичностью. Каждая пермеаза адсорбирует соответствующее
питательное вещество на наружной стороне ЦПМ, вступает с ним во временную связь
и диффундирует комплексно через мембрану, отдавая на внутренней стороне ее
транспортируемое вещество в цитоплазму. Этот процесс совершается без
использования энергии, так как перемещение веществ происходит от более высокой
концентрации к более низкой.
3. Активный транспорт питательных веществ осуществляется также с помощью
пермеаз, но этот процесс требует затраты энергии. В этом случае питательное вещество
может проникнуть в клетку, если концентрация его в клетке значительно превышает
концентрацию в среде.
4. В ряде случаев транспортируемое вещество может подвергаться химической
модификации, и такой способ переноса веществ получил название переноса
радикалов или транслокации химических групп. По механизму передачи
транспортируемого вещества этот процесс сходен с активным транспортом.
Выход веществ из микробной клетки осуществляется или в виде пассивной диффузии,
или в процессе облегченной диффузии с участием пермеаз.

20.

Задание 3. Дайте определение понятию:
«культивирование
микроорганизмов in vitro»

21.

Микроорганизмы (за исключением облигатных внутриклеточных
паразитов — риккетсий, хламидий, вирусов и простейших)
культивируют на искусственных питательных средах.
В зависимости от пищевых потребностей того или другого вида
питательные среды должны содержать соответствующие
исходные вещества, необходимые для пластического и
энергетического метаболизма.

22.

Условия, необходимые для культивирования бактерий
- зависят от свойств м/о
- Температура (большинство м/о 37 °С в течение 1—2 сут. микобактерии
туберкулеза — в 3—4 нед)
- содержание О2 и СО2
- Определённый набор питательных веществ
Для аэробных микробов: метод глубинного
культивирования (непрерывное аэрирование и
перемешивание питательной среды), посев на
поверхность питательной среды.
Для анаэробов применяют особые методы
(удаление воздуха или замена его инертными
газами, в герметизированных термостатах —
анаэростатах). Анаэробов выращивают на спец.
питательных средах.

23.

Требования, предъявляемые к
питательным средам
1) содержать все необходимые питательные вещества (микроэлементы,
витамины, некоторые аминокислоты);
2) иметь оптимальную концентрацию водородных ионов - рН (для
большинства патогенных бактерий оптимальна слабощелочная среда (рН
7,2-7,4), исключение составляют холерный вибрион - его оптимум находится
в щелочной зоне (рН 8,5-9,0) и возбудитель туберкулеза, нуждающийся в
слабокислой реакции (рН 6,2-6,8);
3) быть изотоничными для микробной клетки, т. е. осмотическое давление в
среде должно быть таким же, как внутри клетки.
4) быть стерильными: посторонние микроорганизмы препятствуют росту
изучаемого м/о, определению его свойств и изменяют свойство среды;
5) плотные среды должны быть влажными и иметь оптимальную для
микроорганизмов консистенцию;
6) обладать определенным окислительно-восстановительным потенциалом,
т. е. соотношением веществ, отдающих и принимающих электроны,
выражаемым индексом RH2. Этот потенциал показывает насыщение среды
кислородом. Для одних микроорганизмов нужен высокий потенциал, для других низкий. Например, анаэробы размножаются при RH2 не выше 5, а аэробы - при RH2 не
ниже 10. Окислительно-восстановительный потенциал большинства сред удовлетворяет
требованиям к нему аэробов и факультативных анаэробов;
Желательно, чтобы среды были прозрачными - удобнее следить за ростом
культур,
легче
заметить
загрязнение
среды
посторонними
микроорганизмами.

24.

25.

26.

Агар-агар – это гидроколлоидное вещество, получаемое из бурых и
красных водорослей. Он состоит из двух полисахаридов
(агаропектина и агарозы). С помощью агара создают питательные
среды разных консистенций (полужидкие и плотные) для
микробиологических исследований. Концентрация агар-агара в
конечном итоге составляет 0,3-0,7 % (в полужидких средах) или
1,5-3 % (в плотных). Стоит учитывать, что он используется не для
того, чтобы питать, а является отличным уплотнителем среды.

27.

• по составу: белковые, безбелковые,
минеральные

28.

29.

• Сложные среды готовят, прибавляя
к простым средам кровь, сыворотку,
углеводы и другие вещества,
необходимые для размножения того
или иного микроорганизма.

30.

По назначению:
а) основные (общеупотребительные) среды
служат для культивирования большинства
патогенных микробов. Это
вышеупомянутые МПА, МПБ, бульон и
агар Хоттингера, пептонная вода;
б) специальные среды служат для
выделения и выращивания
микроорганизмов, не растущих на простых
средах. Например, для культивирования
стрептококка к средам прибавляют сахар, для
пневмо- и менингококков - сыворотку крови, для
возбудителя коклюша - кровь;

31.

• в) элективные (избирательные) среды служат
для выделения определенного вида микробов,
росту которых они благоприятствуют,
задерживая или подавляя рост сопутствующих
микроорганизмов. Так, соли желчных кислот,
подавляя рост кишечной палочки, делают
среду элективной для возбудителя брюшного
тифа. Среды становятся элективными при
добавлении к ним определенных
антибиотиков, солей, изменении рН.
• Жидкие элективные среды называют
средами накопления. Примером такой среды
служит пептонная вода с рН 8,0. При таком рН на ней
активно размножается холерный вибрион, а другие
микроорганизмы не растут;

32.

г) дифференциально-диагностические среды
позволяют отличить (дифференцировать) один вид
микробов от другого по ферментативной
активности:
1)
для определения сахаролитических свойств
(среды Гисса , Эндо, Левина, Плоскирева)
2)
для определения протеолитических свойств
(свернутая сыворотка, кусочки мышц, белка
куриного яйца)
3)
для определения пептолитических свойств
(МПБ, ПВ)
4)
для определения гемолитических свойств
(кровяной агар)
5)
для определения редуцирующих свойств
(среды с разными красителями)

33.

Среда Эндо

34.

Кровяной агар для определения
гемолитических свойств бактерий

35.

Культивирование микробов
• Чистой культурой называют скопление
микробов одного вида на плотной питательной
среде.
• Обычно чистые культуры получают из
изолированных колоний - обособленных
скоплений микробов на плотной среде.
Считают, что чаще всего колония развивается
из одной микробной клетки, т. е. является
чистой культурой этого микроорганизма. Т.е.
цель посева – получить изолированные
колонии, с которыми можно работать.

36.

методы выделения чистых культур
микроорганизмов
Механическое разобщение на поверхности
плотной питательной среды
• Метод штриха, метод разведений в агаре, распределение по поверхности
твердой питательной среды шпателем, метод Дригальского
Использование элективных питательных сред
• Элективные среды – среды, на которых растут бактерии только одного вида,
а другие подавляются
Создание условий, благоприятных для развития
одного вида бактерий
• Использование сред обогащения – среды в которых происходит размножение
и накопление бактерий-возбудителей какого-либо одного вида, т.е.
обогащение ими исследуемого материала

37.

Посев штрихом:
Петлей с культурой зигзагом наносят штрихи на поверхности агара в секторе 1, как
показано на рисунке. Для этого крышку чашки сначала приподнимают, а после
нанесения штриха сразу закрывают. Петлю стерилизуют в пламени и дают ей
остыть.
Далее проводят петлей по поверхности среды в секторе 1, как показано на
рисунке, и затем немедленно наносят ею зигзагом штрихи на поверхности среды в
секторе 2. Прогревают петлю в пламени и дают ей остыть.
Проводят петлей по поверхности среды в секторе 2, как показано, и затем наносят
ею зигзагом штрихи на поверхности среды в секторе 3.
Инкубируют опрокинутые вверх дном чашки, как показано на рисунке, для того
чтобы конденсирующаяся вода с крышки не попала на поверхность агара. В секторе 1 вырастает большое число колоний, тогда как в секторах 2 и 3 появляются отдельные хорошо изолированные колонии.

38.

Выделение чистой культуры по
способу Дригальского
В первую чашку вносят одну каплю исследуемого материала и стерильным шпателем втирают
его в поверхность питательной среды. Далее, не
прожигая шпателя и не набирая нового
материала, шпатель переносят во вторую и
третью чашки, втирая в поверхность
питательных сред оставшийся на нем материал.

39.

Метод выделения чистых культур микроорганизмов,
основанный на биологических свойствах микробов