Питание и дыхание бактерий

1. Питание и дыхание бактерий

2. Классификация бактерий по типам питания и способам получения энергии

В зависимости от источника усвояемого углерода:
аутотрофы - используют неорганический углерод, в виде
СО2;
гетеротрофы - используют органический углерод – напр.,
гексозы, многоатомные спирты, аминокислоты.
В зависимости от источника энергии (запасается в форме
молекул АТФ):
фототрофы - источник энергии – свет;
хемотрофы - источник энергии – окислительновосстановительные реакции
Среди хемотрофов выделяют литотрофы (используют
неорганические доноры электронов (Н2, NH3, H2S, Fe2+ и
др.) и органотрофы, которые используют в качестве
доноров электронов органические соединения.

3.

• В зависимости от способа получения энергии, донора
электронов и источника углерода для усвоения можно
выделить 8 основных типов прокариотических
организмов:
- фотолитоавтотрофы
- фотолитогетеротрофы
- фотоорганоавтотрофы
- фотоорганогетеротрофы
- хемолитоавтотрофы
- хемолитогетеротрофы
- хемоорганоавтотрофы
- хемоорганогетеротрофы.
• Бактерии, изучаемые медицинской микробиологией,
являются гетерохемоорганотрофами.

4.

• Ауксотрофы — организмы, которые не
способны синтезировать определенные
органические соединения, необходимые для
роста этого организма, и должны получать
эти соединения из окружающей среды.
• Прототрофы - не требуют (в отличие от
ауксотрофов) для своего развития готовых
витаминов, аминокислот или др. факторов
роста, а синтезируют их из минеральных или
органических соединений.
Один и тот же микроорганизм может быть
прототрофным по одному фактору роста, но
ауксотрофным по другому.

5. Требования, предъявляемые к питательным средам

Наличие необходимых питательных веществ в достаточном
количестве и легкоусвояемой форме.
Азот, углерод и водород для построения собственных белков: водород и
кислород для клеток поставляет вода; источник азота - вещества
животного происхождения (мясо говяжье, рыба, мясокостная мука,
казеин), а также белковые гидролизаты, пептиды, пептоны.
Ростовые факторы (витамины, ферменты). Источник - экстракты из
белков животного и растительного происхождения, белковые
гидролизаты;
нативные
субстраты
кровь,
сыворотка,
асцитическая жидкость, яичный желток, кусочки печенки, почек,
мозговой ткани и др.
Микроэлементы - среды должны содержать ионы железа, меди,
марганца, цинка, кальция, натрия, калия и др. Их добавляют в
питательную среду в виде солей, чаще всего фосфатов.

6.

• Оптимальная кислотность (рН).
Поддержание определенного рН имеет значение для
предотвращения гибели микроорганизмов от ими же
образованных продуктов обмена. С этой целью
питательную среду забуферивают, чаще всего используя
фосфатный буфер.
• Оптимальный редокс-потенциал (rH2).
Окислительно-восстановительный потенциал (редокспотенциал) — мера способности химического вещества
присоединять электроны (восстанавливаться).
• Изотоничность.
Среда должна обладать определенным осмотическим
давлением. Большинство бактерий способны расти на
изотоничных средах, изотоничность которых достигается
добавлением NaCl в концентрации 0,87 %. Некоторые
бактерии не способны расти на средах при
концентрации соли в них ниже 1 %. Такие бактерии
называются галофильными.

7.

Влажность.
Каждая питательная среда должна содержать воду, так
как все процессы жизнедеятельности бактерий
протекают в воде.
Нетоксичность для исследуемых микробов.
Допустимым является употребление веществ, которые
устраняют действие ингибиторов роста и
токсинообразования микробов (отдельные
аминокислоты, твин, активированный уголь и т.п.).
Определённая вязкость.
Плотность (вязкость) среды достигается добавлением
агара - полисахарида, получаемого из водорослей.
Он плавится при температуре 100 °С, но при
охлаждении остывает при 45-50 °С. Агар
добавляют в концентрации 0,5 % — для
полужидких сред и 1,5—2 % — для создания
плотных сред.
Стерильность. Прозрачность.

8.

Классификация питательных сред:
По исходным компонентам:
натуральные среды — готовят из продуктов животного и растительного происхождения(мясо, костная и
рыбная мука, кормовые дрожжи, сгустки крови и др.)
синтетические среды — готовят из определённых химически чистых органических и неорганических
соединений, взятых в точно указанных концентрациях и растворённых в дважды дистиллированной воде.
По консистенции(степени плотности):
жидкие
полужидкие
плотные
Плотные и полужидкие среды готовят из жидких, к которым прибавляют агар-агар или желатин. Кроме того, в качестве плотных сред
применяют свёрнутую сыворотку крови, свёрнутые яйца, картофель, среды с силикагелем. Некоторые микроорганизмы используют
желатин как питательное вещество — при их росте среда разжижается.
По составу:
простые: мясопептонный бульон(МПБ), мясопептонный агар(МПА), , питательный желатин,
сложные — готовят прибавляя к простым средам кровь, сыворотку, углеводы и другие вещества.
По назначению:
основные — служат для культивирования большинства патогенных микробов. МПБ, МПА, бульон и агар
Хоттингера, пептонная вода.
специальные — служат для выделения и выращивания микроорганизмов, не растущих на простых средах.
элективные(избирательные) — служат для выделения определённого вида микробов, росту которых они
благоприятствуют, задерживая или подавляя рост сопутствующих микроорганизмов. Среды становятся
элективными при добавлении к ним определённых антибиотиков, солей, изменения pH.Жидкие элективные
среды называют средами накопления.
дифференциально-диагностические — позволяют отличить один вид микробов от другого по ферментативной
активности.
консервирующие — предназначены для первичного посева и транспортировки исследуемого материала.

9. Классификация питательных сред

П р о с т ые
Сложные
Жидкие: ПВ,
МПБ
Специальные: сахарный МПА и МПБ, сывороточный бульон и МПА,
кровяной МПА, МПА с асцитической жидкостью
Плотные:
МПЖ, МПА
Обогащение, накопление: селенитовый МПБ, Мюллера, Кауффмана,
Китт-Тароцци
Элективные: 1% щелочная ПВ
Дифференциально-диагностические:
1. для определения сахаролитических свойств
( Гисса, Эндо, Левина, Плоскирева)
2. для определения протеолитических свойств (свернутая сыворотка,
МПЖ, кусочки мышц в среде Тароцци)
3.для определения пептолитических свойств (МПБ, ПВ)
4. для определения гемолитических свойств (кровяной МПА)
5. для определения редуцирующих свойств (среды с разными
красителями)

10. Среда Эндо

• дифференциально-диагностическая
питательная
среда,
предназначенная для выделения патогенных бактерий
кишечной
группы.
Обладает
слабыми
селективными
свойствами,
компоненты
среды
подавляют
рост
грамположительных бактерий.
• Состав среды: мясопептонный агар, лактоза, фуксин, сульфит
натрия (Na2SO3).
• Фуксин обесцвечивается сульфитом натрия (образуется
бесцветная фуксинсернистая кислота — реактив Шиффа).
Энтеробактерии, сбраживающие лактозу, в процессе брожения
выделяют муравьиную кислоту, которая даёт цветную реакцию с
фуксинсернистой кислотой с образованием свободного
фуксина, в результате чего их колонии окрашиваются в
малиново-красный цвет с металлическим блеском или без него.
Колонии бактерий, не сбраживающих лактозу, имеют белый или
слабо-розовый цвет (цвет питательной среды).

11.

Рост на среде Эндо
Сальмонеллы и шигеллы на среде Эндо образуют бесцветные
колонии, кишечная палочка и другие разлагающие лактозу
микроорганизмы — малиново-красные колонии с металлическим
блеском или без него

12.

Рост стафилококка колонии диаметром 2—
3 мм, круглые, с
ровными краями,
слегка выпуклые. Цвет
колоний различен в
зависимости от
образуемого пигмента:
золотистый, лимонножелтый, палевый.
Элективный солевой агар (для культивирования стафилококков)
Состав: пептон 15,0, гидролизат казеина 10,0, экстракт кормовых дрожжей
5,0, натрия гидроортофосфат – 0,5, натрия хлорид – 75,0, натрий углекислый
– 0,1, агар микробиологический – (10,5 ± 2,5), pH от 7,0 до 7,4
Повышенные концентрации хлорида натрия (5—10%), не мешая росту
стафилококков, подавляют размножение сопутствующей флоры.

13.

Агар Плоскирева — селективная среда для выделения шигелл и
сальмонелл.
Состав: гидролизат панкреатический 16,0, натриевые соли
желчных кислот 8,1, лактоза 7,6, бриллиантовый зеленый, йод,
индикатор нейтральный красный. Готовая среда прозрачна, имеет
розовато-желтоватый цвет.
Принцип действия:
Ингибирующие вещества (желчные соли, бриллиантовый зеленый, йод),
входящие в состав среды, полностью подавляют рост грамположительной
микрофлоры и в 2-3 раза рост кишечной палочки, не препятствуя росту шигелл
и сальмонелл.
Дифференцирующие свойства среды основаны на изменении рН в кислую
сторону при росте лактозоферментирующих бактерий, которые образуют на
среде колонии малинового цвета (индикатор нейтральный красный).

14.

Тест-штамм
Наблюдаемый эффект
S. flexneri 1a 8516
бесцветные, нежные, гладкие, круглые диаметром 1,0-2,0 мм.
S. typhi H-901 ГДР/ГИСК
бесцветные, нежные, гладкие, круглые диаметром 1,0-2,0 мм.
S. paratyphi A-225
бесцветные, нежные, гладкие, круглые диаметром 1,0-2,0 мм.
S. sonnei «S form»
бесцветные или слегка розового цвета, нежные, гладкие, круглые
диаметром 1,0-2,0 мм.
E. coli 3912/41 (О55:K59)
малинового цвета, круглые, выпуклые, гладкие диаметром 1,5-2,5
мм.

15.

Желточно-солевой агар (ЖСА) - элективная для стафилококков
среда.
Состав: МПА, 10% натрия хлорида, взвесь желтка куриного яйца.
Высокое содержание натрия хлорида подавляет большинство
бактерий, а присутствие яичного желтка выявляет свойственный
этому роду фермент лецитиназу. При росте на желточно-солевом
агаре вокруг колоний S.aureus образуются радужные венчики.

16.

Селенитовый накопительный бульон (среда обогащения)
Среда предложена Лейфсоном (1930) для селективного накопления сальмонелл из
клинического материала (фекалии, моча), а также проб воды и образцов пищевых
продуктов.
Принцип действия
Селенит подавляет рост кишечных колиформных бактерий и энтерококков
преимущественно в течение первых 6-12 часов инкубации.
Рост Salmonella, Proteus и Pseudomonas не тормозится. Рост: равномерное помутнение или
осадок на дне.
Состав (г/л)
Пептон мясной 5,0; лактоза 4,0; селенит натрия 4,0; калий фосфорнокислый
двузамещенный 3,5; калий фосфорнокислый однозамещенный 6,5. Готовая среда
прозрачная, желтоватого цвета.

17.

Среда М9 (Синтетическая, элективная)
Состав (г/л): Na2HPO3 – 6,0; KH2PO4 – 3,0; NaCl – 0,5; NH4Cl –
1,0; дистиллированная вода.
Готовая среда – прозрачный раствор, рН – 7,0–7,2.
Способны расти только прототрофы (помутнение среды). Для
ауксотрофов требуется добавление необходимых питательных
веществ, например, для кишечной палочки – глюкозы.

18.

По типу дыхания все микроорганизмы разделяются:
Облигатные аэробы (микобактерии туберкулеза и др.) живут и развиваются
при свободном доступе кислорода, т. е. реакции окисления осуществляются у
них при участии молекулярного кислорода с получением большого количества
энергии.
Микроаэрофилы - нуждаются в малых количествах кислорода (некоторые
лептоспиры, бруцеллы), могут расти, если содержание О2 в окружающей среде
будет значительно ниже атмосферного (порядка 2%)
Облигатные анаэробы (клостридии столбняка, ботулизма и др.) способны
жить и размножаться только в отсутствие свободного кислорода воздуха.
Дыхание у анаэробов происходит путем ферментации субстрата с
образованием небольшого количества энергии.
Факультативные анаэробы — организмы, энергетические циклы которых
проходят по анаэробному пути, но способные существовать при доступе
кислорода, в отличие от облигатных анаэробов, для которых кислород
губителен.
Капнофилы — микроорганизмы, которым для своей жизнедеятельности
требуется углекислый газ в концентрации 10—15 % (кампилобактерии)

19. Дыхательные цепи

• У всех дышащих бактерий имеется система транспорта электронов
(дыхательная цепь).
• Перенос электронов осуществляется по следующей стандартной
схеме: органический субстрат – НАД – флавопротеины –
железосерные белки – хиноны – цитохромы (a, b, c) – конечный
акцептор (молекулярный кислород или иной акцептор электронов).
• При аэробном дыхании в качестве конечного акцептора электронов
используется молекулярный кислород.
• При анаэробном дыхании конечным акцептором электронов служит
не кислород, а другие неорганические или органические вещества. В
зависимости от природы конечного акцептора различают нитратное,
сульфатное, карбонатное, фумаратное типы дыхания и др.
• Многие факультативные анаэробы при отсутствии кислорода
используют в качестве конечного акцептора электронов нитраты
(нитратное дыхание). При этом образуются нитриты и другие
восстановленные формы азота, что используется на практике для
идентификации бактерий.

20.

Дыхательные цепи бактерий в анаэробных и аэробных условиях
Дыхательные цепи Azotobacter vinelandii (A), Micrococcus lysodeikticus (Б) и Escherichia
coli (В) в аэробных (1), микроаэробных (2) и анаэробных (3) условиях:
Фп - флавопротеин; FeS - железосероцентр; УХ - убихинон; MX - менахинон; ФР фумаратредуктаза; b, с, d, о, а - цитохромы.

21.

Молоко по Тукаеву
Состав: к 1-процентной пептонной воде прибавляют 5-6%
обезжиренного молока, Питательная основа – пептон, дыхательный
субстрат – органические вещества (углеводы, липиды и аминокислоты)
пептона и молока. Редуцирующее вещество - казеин
Рост анаэробов – створаживание молока с образованием сгустка с
пузырьками газа, просветление сыворотки.
Среда Китта – Тароцци
Жидкая питательная среда. Состав: мясопептонный бульон,
обогащенный экстрактивными продуктами печени животных, кусочки
вываренной печени в качестве поглотителя свободного кислорода.
Питательная основа – мясопептонный бульон, дыхательный субстрат –
органические вещества (углеводы, липиды и аминокислоты)
экстрактивных продуктов печени. Редуцирующее вещество - кусочки
вываренной печени.
Рост анаэробов – помутнение с бурным газообразованием, ближе ко дну
пробирки.

22. Рост анаэробных бактерий

23.

Среда Вильсона Блера
•железосульфитный агар для выделения анаэробов. Состав:
щелочной 3% МПА, 20% р-р натрия сульфита, 8% р-р хлорида
железа. Среду разливают в пробирки высоким столбиком.
Питательная основа – мясопептонный агар, дыхательный субстрат
– органические вещества (углеводы, липиды и аминокислоты)
МПА. Редуцирующее вещество – натрия сульфит.
•Патогенные и условно-патогенные анаэробы образуют в среде
колонии черного цвета или дают сплошное почернение среды.

24.

Среда Вейнберга – разные варианты.
1) полужидкая среда, состав: мясопептонный бульон, 1%
агар, 0,2% глюкозы.
2) жидкая среда, смесь водного экстракта сердечной
мышцы быка и пептона из желудка и печени свиньи.
Питательная основа – мясопептонный бульон,
дыхательный субстрат – органические вещества
(углеводы, липиды и аминокислоты) экстрактивных
продуктов. Редуцирующее вещество – глюкоза или
кусочки вываренной печени.
Рост анаэробов – помутнение с газообразованием.
Среда Цейсслера.
Состав: МПА, 2% глюкозы, 10—15 мл стерильно взятой
человеческой, лошадиной или бараньей крови.
Рост анаэробов - серо-желтые колонии с зоной гемолиза

25.

• Методы создания анаэробных условий
• Физические методы. Для удаления растворенного в питательных
средах кислорода используют их регенерацию путем кипячения в
течение 15-20 минут на водяной бане с последующим быстрым
охлаждением до 50 градусов. После посева поверхность среды
заливают парафином или вазелиновым маслом. Также возможен
посев в столбик плотной или полужидкой среды на глубину 10-12см.
кислород воздуха диффундирует на 1,5-2см, а в глубине создаются
благоприятные условия.
• Применение анаэростатов и анаэробных боксов.
• Химические методы. Для поглощения кислорода из замкнутого
пространства можно использовать гидросульфит натрия. Для
связывания кислорода в 1л объема используют 100мл
свежеприготовленного 20% Na2S2O4 и 16мл 50% КОН.
• Для связывания остатков кислорода используют веществаредуценты, к которым относится тиогликолевая кислота или
тиогликолат натрия, аскорбиновая кислота, различные сахара,
цистин и цистеин, муравьинокислый натрий и т.д.
• 3.Биологические методы Совместное выращивание анаэробов и
аэробов (метод Фортнера). На одну половину чашки засевают
исследуемый материал, а на другую – культуру аэробного или
факультативно-анаэробного микроба, способного энергично
поглощать кислород.