Размножение бактерий – рост, способы, условия

Размножение бактерий – рост, способы, условия

Для того чтобы изучать микроорганизмы, определять этиологические факторы инфекционных заболеваний, заниматься вопросами профилактики и лечения инфекционных заболеваний и решать многие другие вопросы, связанные с микроорганизмами, необходимо иметь их в достаточном количестве, а это значит – создавать все условия для нормального роста и размножения микроорганизмов.

Под термином «размножение» микробов подразумевается способность их к самовоспроизведению, увеличению количества особей.

Размножение микроорганизмов происходит путем поперечного деления, почкованием, образования спор, репродукции.

Рост микроорганизмов означает увеличение массы микробов в результате синтеза клеточного материала и воспроизведения всех клеточных компонентов и структур.

О бактериях, спирохетах, актиномицетах, грибах, риккетсиях, микоплазмах, простейших, хламидиях говорят, что они размножаются, а вирусы и фаги (вирусы микробов) – репродуцируются.

Размножение микроорганизмов соответствует определенным закономерностям. Скорость деления микроорганизмов различна, она зависит от вида микроба, возраста культуры, особенностей естественной и искусственной питательной среды, температуры, концентрации углекислого газа и многих других факторов.

В процессе размножения микроорганизмы на различных этапах претерпевают морфологические и физиологические изменения (по форме, размерам, окрашиваемости, биохимической активности, чувствительности к физическим и химическим факторам и пр.).

Микроорганизмы обладают возрастной изменчивостью, т.е. особи изменяются на разных стадиях роста, созревания и старения. Эти изменения наблюдаются в нормальном цикле индивидуального развития микроорганизма, который зависит от природы организма, от сложности его строения и последовательности в развитии.

Наиболее простым циклом развития среди микроорганизмов обладают бактерии. Размножаются они простым поперечным делением в различных плоскостях. В зависимости от этого клетки могут располагаться беспорядочно, гроздями, цепочками, пакетами, попарно, по четыре и т.д.

Характерной чертой бактерий, отличающей их от многочисленных животных и растений, является их необыкновенная скорость размножения.

Каждая бактериальная клетка в среднем в течение получаса претерпевает деление, что обусловлено усиленным обменом веществ, скоростью, с которой питательный материал поступает внутрь клетки.

Фактором, тормозящим размножение бактерий, является истощение питательного субстрата и отравление окружающей среды продуктами распада.

У бактерий различают восемь основных фаз размножения.

1. Исходная стационарная фаза, которая представляет собой период времени один – два часа от момента посева бактерий на питательную среду. В этой фазе размножение не происходит

2. Фаза задержки размножения (лаг – фаза), в течение которой размножение бактерий происходит очень медленно, а скорость их роста увеличивается. Продолжительность второй фазы около двух часов.

3. Фаза длится пять – шесть часов. Третья фаза характеризуется максимальной скоростью деления, уменьшением размеров клеток.

4. Фаза отрицательного ускорения (продолжается около двух часов). Скорость размножения бактерий снижается, число делящихся клеток уменьшается.

5. Стационарная фаза, длящаяся около двух часов. Число новых бактерий почти равно числу отмерших особей.

6. Фаза ускорения гибели клеток (длится около трех часов).

7. Фаза логарифмической гибели клеток (длится около пяти часов), при которой гибель клеток происходит с постоянной скоростью

8. Фаза уменьшения скорости отмирания. Оставшиеся в живых особи, переходят в состояние покоя.

Продолжительность фаз размножения не является постоянной величиной. Она может быть различной в зависимости от вида микроорганизмов и условий культивирования.

Цикл развития кокковидных бактерий сводится к росту клетки и последующему ее делению. Палочковидные аспорогенные бактерии в молодом возрасте растут, достигают максимума величины, затем делятся на две дочерние клетки, которые повторяют тот же цикл. У бацилл и клостридий в цикл развития включается при определенных условиях процесс спорообразования.

Спирохеты и риккетсии, как и бактерии, размножаются путем бинарного деления.

Среди микоплазм способностью размножаться обладают все элементарные тела сферической или овоидной формы. В процессе развития на элементарном теле появляется несколько нитевидных выростов, в которых формируются сферические тела. Постепенно нити становятся тоньше и образуются цепочки с четко выраженными сферическими тельцами. Затем происходит деление нитей на фрагменты и освобождение сферических телец.

Размножение некоторых микоплазм происходит путем отпочкования дочерних клеток от более крупных шаровидных тел. Поперечным делением микоплазмы размножаются, если процессы деления микоплазм идут синхронно с репликацией ДНК нуклеоида. При нарушении синхронности образуются нитевидные многонуклеоидные формы, в последующем делящиеся на кокковидные клетки.

Актиномицеты и грибы имеют две различные стадии развития: стадию вегетативного роста, при которой характерным является образования мицелия и стадию образования спор, формирующихся на спороносцах.

Важной особенностью актиномицетов и грибов является значительное разнообразие способов их размножения. Для них характерны вегетативное, бесполое и половое размножение.

Вегетативное размножение осуществляется путем деления на фрагменты гиф с последующим образованием отдельных палочковидныхи кокковидных клеток.

Бесполое размножение происходит вегетативным путем (рост фрагментов гиф или их отдельных клеток) и при помощи более или менее специализированных органов размножения (спор и конидий). Наиболее частый, бесполый, путь размножения проявляется в образовании экзогенных и эндогенных спор. Экзоспоры или конидии образуются на концах плодоносящих гиф, но заключены внутри общего мешочка – спорангия. Гифы, несущие спорангии, называются спорангионосцами. Спорангионосцы могут быть прямыми, волнистыми, спиральными.

Половое размножение происходит при помощи специальных органов – аскоспор, базидиоспор, образованию которых предшествует половой процесс. По биологическому назначению споры актиномицетов и грибов бывают покоящиеся, служащие для сохранения вида в течение определенного периода и служащие для быстрого размножения.

Споры актиномицетов и грибов образуются каждой особью в большом количестве, так как в отличие от спор бактерий служат, в основном, целям размножения. Они менее устойчивы к факторам окружающей среды, чем споры бактерий.

У простейших, так же как у актиномицетов и грибов, наряду с размножением путем деления существует и половой процесс.

Хламидии, вирусы и фаги имеют своеобразные циклы развития.

Размножение хламидий начинается с проникновения элементарных телец в чувствительную тканевую клетку путем эндоцитоза. Эти тельца в вакуоле клетки превращаются в вегетативные формы, называемые инициальными или ретикулярными тельцами, которые обладают способностью делиться. Ретикулярные тельца имеют пластинную клеточную стенку, а в цитоплазме – рыхло расположенные ядерные фибриллы и многочисленные рибосомы. После многократного деления ретикулярные тельца превращаются в промежуточные формы, из которых развивается новое поколение элементарных телец. Весь цикл развития хламидий длится 40 – 48 часов и заканчивается формированием микроколонии хламидий в цитоплазме клетки – хозяина.

После разрыва стенки вакуоли и полного разрушения клетки – хозяина, микроколонии хламидий, оказавшись за пределами целой клетки, распадается на самостоятельные элементарные тельца, и цикл проникновения хламидий в клетку с последующим их размножением повторяется.

Репродукция вирусов характеризуется последовательностью отдельных стадий.

1. Стадия адсорбции. Вирионы адсорбируются на поверхностных структурах клетки. При этом происходит взаимодействие комплементарных структур вириона и клетки, которые называются рецепторами.

2. Стадия проникновения вириона в клетку хозяина. Пути внедрения вирусов в чувствительные к ним клетки неодинаковы. Многие вирионы проникают в клетку путем пиноцитоза, когда образующаяся пиноцитарная вакуоль «втягивает» вирион внутрь клетки. Некоторые вирусы проникают в клетку прямым путем через ее оболочку.

3. Стадия разрушения внешней оболочки и капсида вириона при помощи протеолитических ферментов клетки – хозяина. У одних вирионов процесс разрушения их оболочки начинается еще на стадии адсорбции, у других – в пиноцитарной вакуоле, у третьих – непосредственно в цитоплазме клетки при участии тех же протеолитических ферментов.

4. Стадия синтеза вирусных белков и репликации нуклеиновых кислот. После полного или частичного освобождения вирусной нуклеиновой кислоты начинается процесс синтеза вирусных белков и репликация нуклеиновых кислот.

5. Стадия сборки или морфогенез вириона. Формирование вирионов возможно только при условии строго упорядоченного соединения вирусных структурных полипептидов и их нуклеиновой кислоты, что обеспечивается самосборкой белковых молекул вокруг нуклеиновой кислоты. У одних вирусов этот процесс происходит в цитоплазме, у других – в ядре клетки хозяина. У сложноорганизованных вирусов, имеющих внешнюю оболочку, дальнейшая сборка происходит в цитоплазме во время выхода их из клетки.

6. Стадия выхода вирионов из клетки – хозяина. Ряд сложных вирусов выходят из клетки – хозяина, при этом клетки в течение некоторого времени сохраняют жизнеспособность, а потом погибают. Простые вирионы выходят из клетки через образовавшиеся в ее оболочке отверстия, клетка – хозяин погибает, не сохраняя в течение какого – то времени жизнеспособность.

В некоторых случаях репродукция вирионов в клетках может происходить в течение многих месяцев и даже лет. Вирусы выделяются через клеточную оболочку. При делении таких клеток вирионы передаются дочерним клеткам, в свою очередь начинающим продуцировать вирусные частицы.

Существует три типа взаимодействия вируса с клеткой: продуктивный, абортивный и вирогенный.

Продуктивный тип взаимодействия заключается в образовании новых вирионов.

Абортивный тип взаимодействия может внезапно прерваться в стадии репликации вирусной нуклеиновой кислоты или синтеза вирусных белков, или морфогенеза вирионов.

Вирогенный тип характеризуется встраиванием (интеграцией) вирусной нуклеиновой кислоты в ДНК клетки, которая обеспечивает синхронность репликации вирусной и клеточной ДНК.

При репродукции фага также происходит адсорбция его на поверхности клетки (1 стадия) в результате взаимодействия аминогрупп белков, локализованных в периферической части хвостового отростка фага, и отрицательно заряженных карбоксильных групп на поверхности бактериальной клетки.

Различают обратимые и необратимые фазы адсорбции. Обратимая фаза характеризуется тем, что фиксированные фаги можно отделить от клетки путем энергичного помешивания или резко уменьшить концентрацию ионов. Освободившиеся фаги при сохраняют свою жизнеспособность.

В период второй необратимой фазы адсорбции фаг не отделяется от тела микробной клетки. Процесс адсорбции длится несколько минут. Под влиянием фермента, находящегося в хвостовом отростке фага, в теле микробной клетки на месте прикрепления фага образуется отверстие, через которое внутрь клетки проникает ДНК фага. Оболочка фага остается снаружи (2 стадия).

Некоторые фаги вводят свою нуклеиновую кислоту в клетку без предварительного механического повреждения клеточной стенки. В наступивший после проникновения в клетку нуклеиновой кислоты фага латентный период, осуществляется биосинтез фаговой нуклеиновой кислоты и белков капсида фага.

Происходит синтез ферментов, необходимых для репликации фаговой нуклеиновой кислоты и структурных белков фага (3 стадия).

В четвертой стадии происходит заполнение фаговой нуклеокислотой пустотелых фаговых частиц и формирование зрелых фагов. Осуществляется морфогенез фага.

В конце латентного периода происходит лизис зараженных микробных клеток и выход зрелых фаговых частиц (5 стадия).

Считают, что адсорбция фага длится 40 минут, латентный период – 75 минут. Весь цикл взаимодействия фага с микробной клеткой продолжается немногим больше трех часов.

Внедрение фага в микробную клетку не всегда сопровождается ее лизисом. Нередко взаимодействие фага с микробной клеткой ведет к образованию лизогенных культур.

По характеру взаимодействия с микробной клеткой различают умеренные и вирулентные фаги. Состояние лизогении вызывается умеренными фагами. Лизогенные микробные клетки являются устойчивыми к вирулентным фагам. Вирулентные фаги обуславливают формирование новых фагов и лизис микробной клетки.

Фаза ускорения гибели клеток длится около трех часов.

Размножение бактерий – рост, способы, условия

Рост бактерий происходит в результате множества взаимосвязанных биохимических реакций, осуществляющих синтез клеточного материала. У бактерий различают индивидуальный рост бактериальной клетки и рост бактерий в популяции.

Об индивидуальном росте судят по увеличению размеров отдельных особей. Скорость роста зависит от внешних условий и физиологического состояния самой клетки. При постоянных условиях рост осуществляется с постоянной скоростью. Палочковидные бактерии растут преимущественно в направлении длинной оси, кокки растут равномерно во всех направлениях. В промежутке между клеточными делениями бактерии имеют большие размеры, чем сразу после деления.

n число поколений, или генераций.

Фаза логарифмической гибели

В эту фазу клетки бактерий отмирают с постоянной скоростью. Ее длительность составляет около 5-и часов.

Витамин В6 пиридоксин.

Условия для развития

Для их роста нужны:

  1. свет;
  2. температура;
  3. наличие кислорода;
  4. влажность;
  5. фактор щелочности и кислотности;

У медиков интерес вызывает температурные условия. Для того, чтобы клетки делились требуется определенная температура. Некоторые классы при очень низкой впадают в состояние анабиоза или спячки, другие же только при высокой не могут продолжить свой рост и разрушаются.

Если одних можно убить кипячением воды, другие прекрасно себя чувствуют, также и с замораживанием. Среди этого предела есть средние условия при которых может осуществляться максимальное развитие с высокой скоростью. Нужная температурная фаза от 23 до 30 градусов, для течения патогенной флоры требуется 38 градусов.

В этой среде плодятся бактериальные простейшие. В идеальных условия прокариоты способны производить 34 триллиона потомков за сутки. Состояние взросления происходит где-то за 20 минут. К счастью живут они не долго, несколько минут или часов.

Имеют название нуклеотиды.

Биотехнология

Бактерии широко применяются в направлении биотехнологии – генной инженерии. Их используют для получения различных химических веществ (белков).

В ДНК бактерии вставляют нужный ген (к примеру, ген, кодирующий белковый гормон – инсулин), бактерия принимает новый участок гена за свой собственный, в результате чего начинает синтезировать белок с данного участка. На рибосомах подобных бактерий синтезируется инсулин, который человек собирает, обрабатывает и использует как лекарство.

Бактерии используются для получения антибиотиков (тетрациклина, стрептомицина, грамицидина), широко применяемых в медицине. Бактерии также применяют в пищевой промышленности, где их используют для получения молочнокислых продуктов, алкогольных напитков.

Бактерии используются для получения антибиотиков тетрациклина, стрептомицина, грамицидина , широко применяемых в медицине.

Размножение бактерий – рост, способы, условия

Живые организмы отличаются от неживой природы главным образом тем, что растут и размножаются. Различают рост клеток и рост популяции. Рост клеток – это процесс увеличения размеров, объема, массы каждой отдельной особи. Рост начинается после деления клетки, которая быстро достигает стадии зрелости, а затем приступает к размножению или переходит в стадию покоя. Рост популяции – увеличение количества живого вещества (биомассы), обусловленное увеличением массы и количества клеток в единице объема питательной среды. Под размножением микроорганизмов понимают процесс самовоспроизведения, обеспечивающий сохранение вида. Способы размножения у микробов разнообразны: почкование, спорообразование, половой процесс, но у большинства бактерий – бинарное деление, т. е. бесполое деление с образованием двух дочерних клеток.

Рост зависит, прежде всего, от температуры и pH среды, доступности питательных веществ и концентрации ионов. Облигатным аэробам обязателен еще и кислород, а облигатным анаэробам, наоборот, нужно, чтобы его совсем не было. Рост бактериальной клетки не безграничен. Достигнув определенной величины, бактериальная клетка перестает расти и переходит к бинарному делению. У самых быстрорастущих бактерий (например, кишечной палочки, холерного вибриона) деление происходит через каждые 20 минут. Клетки, возникающие из материнской, представляют новое поколение (новую генерацию), а интервал между делениями называется временем генерации. При времени генерации 20 минут из одной микробной клетки через 36 часов можно при благоприятных условиях получить микробную массу около 400 тонн, а через 48 часов ее потомство весило бы 2,2 • 10 31 г, что приблизительно в 4 тысячи

раз больше веса Земли. Однако, как в естественных, так и в искусственных условиях размножение бактерий ограничено действием ряда факторов внешней среды.

Размножение бактерий происходит по определенным закономерностям. Еще в 1942 году ученый из Пастеровского института в Париже Ж. Моно графически изобразил размножение бактерий при помощи «кривой роста», показывающей изменение численности микробов за определенное время. Типичная кривая роста микроорганизмов приведена на рис. 9.

Рис. 9. Кривая роста микроорганизмов при периодическом культивировании: I – лаг-фаза: II – фаза ускорения роста: III – фаза экспоненциального роста: IV – фаза замедления роста: V -стационарная фаза: VI – фаза отмирания культуры

При посеве бактерий в свежую питательную среду они приспосабливаются к новым условиям и первое время не размножаются; этот период называют лаг-фазой (I) ( lag -запаздывание). Длительность лаг-фазы составляет в среднем 4-6 ч и зависит от внешних условий, видовой специфичности и физиологического состояния

засеваемой культуры. На протяжении лаг-фазы и фазы ускорения роста (II) происходит выработка соответствующих ферментов и значительное увеличение количества РНК.

Затем следует фаза быстрого размножения (III) с логарифмической зависимостью числа клеток от времени выращивания, что выражается экспоненциальной кривой. В связи с этим описанная часть кривой роста называется логарифмической, экспоненциальной или лог-фазой. В этой фазе клетки делятся с максимальной постоянной скоростью, обладают наибольшей биохимической и биологической активностью. Скорость размножения клеток во время экспоненциальной фазы зависит от вида бактерий, а также от используемой питательной среды. Энтеробактерии делятся через каждые 15-30 мин, у многих почвенных видов она достигает 60- 150 мин, а у N itrobacter – даже 5-10 ч. В экспоненциальной фазе величина клеток и содержание в них белка у многих бактерий тоже остаются постоянными, т. е. бактериальная культура состоит из «стандартных клеток». Поскольку в экспоненциальной фазе скорость деления клеток относительно постоянна, эта фаза наиболее удобна для определения пригодности различных субстратов, изучения скорости роста и влияния физико-химических факторов окружающей среды (pH, окислительно-восстановительного потенциала, температуры, аэрации и т. д.). В экспоненциальной фазе синтезируются биотехнологически ценные продукты (ферменты, витамины, нуклеотиды) – это так называемые первичные метаболиты бактериальной клетки.

Постепенно питательные вещества из среды исчезают, а среда обогащается продуктами выделения бактерий, тормозящими процесс размножения (IV – фаза замедления роста), после чего бактерии вступают в стационарную фазу (V), в которой наступает равновесие между количеством клеток, находящихся в состоянии покоя, погибающих, активных и вновь образующихся. В конце логарифмической и начале стационарной фазы роста синтезируются вторичные метаболиты бактериальной клетки – антибиотики, токсины, пигменты и др.

Скорость роста зависит от концентрации субстрата – при уменьшении этой концентрации, еще до полного использования субстрата, она начинает снижаться. Поэтому переход от экспоненциальной фазы к стационарной происходит постепенно. Скорость роста может снижаться не только из-за нехватки субстрата, но также из-за большой плотности бактериальной популяции, из-за низкого парциального давления кислорода или накопления токсичных продуктов обмена; все эти факторы вызывают переход к стационарной фазе.

В ранней стационарной фазе размер бактериальной клетки достигает минимума. В поздней стационарной фазе (а также в фазе отмирания) часто наблюдаются искривленные или разбухшие клетки, называемые «инволюционными формами». Это связано либо с повреждениями клеток ферментами клеточных стенок или плазматических мембран, либо слабой регуляцией синтеза клеточных компонентов. У грамположительных бактерий в стационарной фазе обычно наблюдается потеря способности клеток окрашиваться по Граму. Сопротивляемость бактерий физическим и химическим стрессам (влиянию гипотонической среды, внезапной смене температур) в стационарной фазе выше, чем в логарифмической. Для некоторых бактерий в стационарной фазе характерно образование эндо- или экзоспор.

Читайте также:  Цитизин: инструкция и свойства

Количество жизнеспособных бактерий, находящихся в популяции в стационарной фазе, обозначают как максимальную концентрацию и выражают символом М-концентрация. Эта величина – максимальная концентрация жизнеспособных клеток в единице объема питательной среды. То есть М-концентрация является показателем, характерным для данного вида бактерий в определенных условиях их существования, изменение которых приводит к изменению величины М-концентрации.

Следующая фаза – фаза отмирания (гибели) (VI). Клетки перестают делиться, гибнут и распадаются. Количество живых клеток резко уменьшается. Их гибель является результатом действия ряда факторов, одним из которых является исчерпание запасов энергии в клетке.

В связи с этим описанная часть кривой роста называется логарифмической, экспоненциальной или лог-фазой.

Скорость и фазы роста микроорганизмов

В питательных средах рост и размножение бактерий проходят в несколько стадий, различных по количеству доступной пищи и накоплению отходов жизнедеятельности:

  1. Первая фаза (латентная) определяется факторами адаптации к питательной среде. В это время микроорганизмы только осваиваются с новыми условиями. Рост бактерий не наблюдается.
  2. Вторая фаза (экспоненциальная) характеризуется ростом в геометрической прогрессии (увеличение по экспоненциальной кривой). В этот период бактериальные клетки активно растут, используя всю доступную пищу (максимальная скорость роста). Достигнув определенного размера, бактерия начинает делиться, причем процесс размножения протекает с постоянной скоростью, так как запасов пищи пока достаточно. В результате увеличившейся скорости роста и размножения происходит накопление в среде отходов жизнедеятельности (токсинов). К концу фазы скорость роста начинает уменьшаться.
  3. Третья фаза характеризуется стационарным ростом, т. е. количество «новорожденных» клеток совпадает с числом отмерших. Кривая роста и размножения на этом отрезке больше не поднимается. Скорость роста замедляется. Какое-то время общая численность бактерий в питательной среде остается неизменной. Однако за счет появления новых «членов семьи» запасы питательных веществ уменьшаются, а токсичность среды увеличивается. Этот процесс ухудшает условия жизни всей колонии.
  4. Четвертая фаза – отмирание микроорганизмов – возникает в результате катастрофического уменьшения пищи и увеличения токсичности среды. Количество живых организмов неуклонно уменьшается, в конце концов, жизнеспособных клеток становится меньше, чем их отмерших собратьев.

Скорость кинетического роста бактериальной колонии во многом зависит от вида бактерий, состава питательных сред, количества посеянных (внесенных в среду) клеток, возраста культуры, способа дыхания и еще ряда факторов. Например, для размножения молочнокислых бактерий важно поддержание температур в довольно узком диапазоне (25-30⁰С) и определенный уровень кислотности среды (рН). Для размножения аэробных и анаэробных клеток решающим фактором становится наличие или отсутствие кислорода для дыхания, а спорообразующим клеткам необходимо достаточное количество пищи.

Какое-то время общая численность бактерий в питательной среде остается неизменной.

Клеточная оболочка и поверхностные структуры

У бактерий существует два основных типа строения клеточной стенки, свойственных грамположительным и грамотрицательным видам.

Клеточная стенка грамположительных бактерий представляет собой гомогенный слой толщиной 20—80 нм, построенный в основном из пептидогликана с меньшим количеством тейхоевых кислот и небольшим количеством полисахаридов, белков и липидов (так называемый липополисахарид). В клеточной стенке имеются поры диаметром 1—6 нм, которые делают её проницаемой для ряда молекул.

У грамотрицательных бактерий пептидогликановый слой неплотно прилегает к ЦПМ и имеет толщину лишь 2—3 нм. Он окружён наружной мембраной, имеющей, как правило, неровную, искривлённую форму. Между ЦПМ, слоем пептидогликана и внешней мембраной имеется пространство, называемое периплазматическим, и заполненное раствором, включающим в себя транспортные белки и ферменты.

С внешней стороны от клеточной стенки может находиться капсула — аморфный слой, сохраняющий связь со стенкой. Слизистые слои не имеют связи с клеткой и легко отделяются, чехлы же не аморфны, а имеют тонкую структуру. Однако между этими тремя идеализированными случаями есть множество переходных форм.

Бактериальных жгутиков может быть от 0 до 1000. Возможны как варианты расположения одного жгутика у одного полюса (монополярный монотрих), пучка жгутиков у одного (монополярный перитрих или лофотрихиальное жгутикование) или двух полюсов (биполярный перитрих или амфитрихиальное жгутикование), так и многочисленные жгутики по всей поверхности клетки (перитрих). Толщина жгутика составляет 10—20 нм, длина — 3—15 мкм. Его вращение осуществляется против часовой стрелки с частотой 40—60 об/с.

Помимо жгутиков, среди поверхностных структур бактерий необходимо назвать ворсинки. Они тоньше жгутиков (диаметр 5—10 нм, длина до 2 мкм) и необходимы для прикрепления бактерии к субстрату, принимают участие в транспорте метаболитов, а особые ворсинки — F-пили —нитевидные образования, более тонкие и короткие (3—10 нм х 0, 3—10 мкм), чем жгутики — необходимы клетке-донору для передачи реципиенту ДНК при конъюгации.

Многоклеточный организм должен отвечать следующим условиям.

Рост и размножение бактерий

Жизнедеятельность бактерий характеризуется ростом — форми­рованием структурно-функциональных компонентов клетки и увеличением самой бактериальной клетки и размножением — самовоспроизведением, приводящим к увеличению количества бактериальных клеток в популяции.

Бактерии размножаются бинарным делением пополам, реже почкованием. Актиномицеты, как и грибы, могут размножаться спорами. Актиномицеты, являясь ветвящимися бактериями, размножаются также путем фрагментации нитевидных клеток. Грамположительные бактерии делятся путем врастания синтези­рующихся перегородок деления внутрь клетки, а грамотрицательные — путем перетяжки в результате образования гантеле-видных фигур, из которых затем образуются две одинаковые клетки.

Делению клеток предшествует репликация бактериальной хро­мосомы по полуконсервативному типу: двунитевая цепь ДНК раскрывается и каждая нить достраивается комплементарной нитью. Это приводит к удвоению молекул ДНК бактериального ядра – нуклеоида. Репликация хромосомной ДНК осуществля­ется от начальной точки on (от англ. origin — начало). Хромосома бактериальной клетки связана в области ori с цитоплазматической мембраной. Репликация ДНК катализируется ДНК-полимеразами. Сначала происходит раскручивание (деспирализация) двойной цепи (нити) ДНК, в результате чего образуется репликативная вилка (разветвленные цепи): одна из цепей, дост­раиваясь, связывает нуклеотиды от 5′- к З’-концу, другая до­страивается посегментно.

Репликация ДНК осуществляется в 3 этапа: инициация, элон­гация (рост цепи) и терминация. Образовавшиеся в результате репликации две хромосомы расходятся, чему способствует уве­личение размеров растущей клетки: прикрепленные к цитоплазматической мембране или ее производным (например, мезосомам) хромосомы по мере увеличения объема клетки удаляются друг от друга. Окончательное их обособление завершается обра­зованием перетяжки (или перегородки) деления. Клетки с перегородкой деления расходятся в результате действия аутолитических ферментов, разрушающих сердцевину перегородки. Аутолиз при этом может происходить неравномерно: делящиеся клетки на одном участке остаются связанными частью клеточ­ной стенки в области перегородки деления. Такие клетки рас­полагаются под углом друг к другу, что характерно для диф­терийных коринебактерий.

Рис. 4. Фазы размножения бактерий.

Размножение бактерий в жидкой питательной среде. Бактерии, засеянные в определенный, но не изменяющийся объем жидкой питательной среды, размножаясь, потребляют питательные эле­менты, что в дальнейшем приводит к истощению питательной среды и прекращению роста бактерий. Культивирование бакте­рий в такой системе называют периодическим, а культуру — периодической. Если же условия культивирования поддерживают­ся путем непрерывной подачи свежей питательной среды и от­тока такого же объема культуральной жидкости, то такое куль­тивирование называется непрерывным, а культура — непрерывной.

При выращивании бактерий на жидкой питательной среде наблюдается придонный, диффузный или поверхностный (в виде пленки) рост культуры.

Рост периодической культуры бактерий подразделя­ют на несколько фаз, или периодов: 1) лаг-фаза; 2) фаза логарифмического роста; 3) фаза стационар­ного роста, или максимальной концентрации бакте­рий; 4) фаза гибели бактерий.

Эти фазы можно изобразить графически в виде отрезков кри­вой размножения бактерий, отражающей зависимость логариф­ма числа живых клеток от времени их культивирования (рис.4).

Лаг-фаза (от англ. lag — запаздывание) — период между по­севом бактерий и началом их размножения. Продолжительность лаг-фазы составляет в среднем 4—5 ч. Бактерии при этом уве­личиваются в размерах и готовятся к делению, повышается количество нуклеиновых кислот, белка и других компонентов клетки. Фаза логарифмического (экспоненциального) роста явля­ется периодом интенсивного деления бактерий продолжительно­стью около 5 – 6 ч. При оптимальных условиях роста бактерии могут делиться каждые 20 – 40 мин (время генерации — интер­вал между делениями клетки). Во время этой фазы бактерии наиболее ранимы, что объясняется высокой чувствительностью интенсивно растущей клетки к ингибиторам синтеза белка, нуклеиновых кислот и др. Затем наступает фаза стационарного роста, при которой количество жизнеспособных клеток остает­ся без изменений, составляя максимальный уровень (М-концентрация). Ее продолжительность выражается в часах и колеб­лется в зависимости от вида бактерий, особенностей их куль­тивирования. Рост бактерий завершается фазой гибели, характе­ризующейся отмиранием клеток в условиях истощения источ­ников питательной среды и накопления в ней продуктов ме­таболизма бактерий. Продолжительность этой фазы колеблется от десятков часов до нескольких недель. Интенсивность роста и размножения бактерий зависит от многих факторов, в том числе от оптимального состава питательной среды, окислительно-вос­становительного потенциала, рН, температуры и др.

Если к бактериям постоянно добавлять питательную среду и одновременно удалять продукты обмена, можно поддерживать бактериальную культуру в логарифмической фазе роста. Для этого применяют хемостат.

Размножение бактерий на плотной питательной среде. Бакте­рии, растущие на плотных питательных средах, образуют изо­лированные колонии округлой формы с ровными или неров­ными краями различной консистенции и цвета, зависящего от пигмента бактерий.

Пигменты, растворимые в воде, диффундируют в питатель­ную среду и окрашивают ее, например синегнойная палочка (Pseudomonas aeruginosa) окрашивает среду в синий цвет. Другая группа пигментов нерастворима в воде, но растворима в орга­нических растворителях. Так, колонии «чудесной палочки» имеют кроваво-красный пигмент, растворимый в спирте.И, наконец, существуют пигменты, нерастворимые ни в воде, ни в органи­ческих соединениях.

Наиболее распространены среди бактерий такие пигменты, как каротины, ксантофиллы и меланины. Меланины являются нерастворимыми пигментами черного, коричневого или красно­го цвета, они синтезируютсяиз фенольных соединений. Меланины наряду с каталазой, супероксиддисмутазой и пероксидазой защищают микробы от воздействия токсичных перекисных радикалов кислорода. Многие пигменты обладают антимикроб­ным, антибиотикоподобным действием.

Вид, форму, цвет и другие особенности колоний на плотной питательной среде (культуральные свойства) учитывают при идентификации бактерий, а также отборе колоний для получе­ния чистых культур.

В промышленных условиях при получении биомассы микро­организмов с целью приготовления антибиотиков, вакцин, диагностических препаратов и эубиотиков культивирование в основном осуществляют в ферментерах при строгом соблюдении оптимальных параметров для роста и размножения культур.

Продолжительность этой фазы колеблется от десятков часов до нескольких недель.

Готовые работы на аналогичную тему

  • Курсовая работа Размножение бактерий 460 руб.
  • Реферат Размножение бактерий 240 руб.
  • Контрольная работа Размножение бактерий 230 руб.

Если бактерии засеяны в определенный объем питательной среды, то размножаясь и потребляя питательные вещества, они ведут к истощению этой среды, что, в свою очередь, приводит к прекращению роста микроорганизмов.

Движение, рост, размножение бактерий.

Морфология микроорганизмов

Классификация микроорганизмов

Морфология микроорганизмовэто наука, изучающая их форму, строение, способы передвижения и размножение.

Микроорганизмы различаются по внешнему виду им по размерам: от десятков и сотен микрометров до десятых долей микрометра (10 -6 м)

Все живые существа на Земле, имеющее клеточное строение делятся на два надцарства: прокариоты и эукариоты.

1. К прокариотам относятся только одно царство – бактерии, к которым принадлежат и актиномицеты(не имеют типичного ядра, но их клетки по внешнему виду (длинные нити) похожи на клетки мицелиальных одноклеточных грибов.

2. К эукариотамотносятся три царства:

· Грибы, в том числе микроскопические мицелиальные грибы, включая дрожжи.

3. Акариотывирусы, не имеющие клеточного строения, входят в третье надцарствою.

Форма, размеры бактерий

Существует три основные формы бактерий: шаровидная (кокки), палочковидная и извитая, или спиралевидная.

В зависимости от размеров и расположения клеток встречаются микрококки ( одиночные клетки), диплококки ( группа из двух клеток), стрептококки ( в виде цепочки), стафилококки ( виноградная гроздь). Размеры клеток шаровидных бактерий составляют 0,2-2,5 мкм

Палочковидные бактерии встречаются в виде одиночных палочек, а также в виде двойных и соединенных в цепочку. Длина палочковидных и извитых бактерий от 1 до 5 мкм.

Строение бактериальной клетки

Клетка снаружи покрыта жесткой клеточной стенкой. Она придаёт форму клетке, предохраняет её от неблагоприятных внешних тепловых и механических воздействий, защищает клетку от проникновения в неё избытка воды. Она обладает свойством полупроницаемости – через неё питательные вещества проникают в клетку, а продукты жизнедеятельности (продукты обмена) выходят в окружающую среду.

Имеется специфический метод окраски бактерий, предложенный датским ученым Грамом, при котором клетки одних бактерий окрашиваются в фиолетовый цвет;

( называются грамположительными). Другие становятся розовыми, они называются грамотрицательными. Окраска зависит от процентного содержания полимерного соединения –пептидогликана (муреина).

Цитоплазматическая мембрана отделяет от клеточной стенки содержимое клетки. Нарушение её целостности приводит к гибели клетки. Внутри клетка заполнена цитоплазмой.

Цитоплазма – прозрачная, полужидкая масса белковой природы. В цитоплазме находятся мезосомы ( протекают энергетические процессы), в них имеются ферменты. В цитоплазме также содержатся рибосомы ( в виде мелких гранул) и различные включения.( запасные питательные вещества. Они откладываются в клетке при наличии большого количества питательных веществ и используются когда клетка попадает в условия голодания.

Движение, рост, размножение бактерий.

Способностью к движению обладает примерно1/5 часть бактерий. Это в основном многие палочковидные и все извитые формы бактерий. Неподвижными являются почти все шаровидные бактерии (кокки). Чаще всего движение осуществляется с помощью жгутиков – тонких нитей толщиной 10-20 нм, состоящих из особого белка флагеллина. Длина жгутиков во много раз может превышать длину клетки. Скорость перемещения бактерий с помощью жгутиков высока (20-60 мкм/с). Характер расположения жгутиков на поверхности клетки является одним из признаков классификации бактерий: монотрихи, амфитрихи, лофотрихи, перитрихи. Могут передвигаться с помощью ресничек

Основной отличительной особенностью живых организмов от неживой природы являются рост и размножение.

Рост – это физиологический процесс, в ходе которого увеличиваются размеры и масса клетки. Рост бактериальной клетки ограничен, и, достигнув определённой величины, она перестаёт расти. Начинается процесс размножения, т.е. увеличение числа особей (клеток), когда от материнской клетки отделяется дочерняя.

Размножаются бактерии в благоприятных для их развития условиях путём деления клетки на две части каждые 20-30 мин. Их способность к размножению колоссальна. Так, одна бактерия за сутки может дать около 70 поколений, а через пять суток образующаяся масса клеток может заполнить собой бассейны всех морей и океанов. Скорость размножения зависит от температуры, условий питания и других факторов. Так, быстрое скисание молока, оставленного в тёплом месте, происходит в результате размножения молочнокислых бактерий. Очень быстро портятся также мясные, рыбные продукты.

В цитоплазме находятся мезосомы протекают энергетические процессы , в них имеются ферменты.

Рост и способы размножения бактерий. Фазы размножения бактерии и бактериальной популяции

Одним из проявлений жизнедеятельности микроорганизмов является их рост и размножение.

Рост — это увеличение размеров отдельной особи.

Размножение — способность организма к воспроизведению.

Основным способом размножения у бактерий является поперечное деление, которое происходит в различных плоскостях с формированием многообразных сочетаний, клеток (гроздья, цепочки, тюки и т. д.). У бактериальных клеток делению предшествует удвоение материнской ДНК. Каждая дочерняя клетка получает копию материнской ДНК. Процесс деления считается законченным, когда цитоплазма дочерних клеток разделена перегородкой. Клетки с перегородкой деления расходятся в результате действия ферментов, которые разрушают сердцевину перегородки.

Скорость размножения бактерий различна и зависит от вида микроба, возраста культуры, питательной среды, температуры.

При выращивании бактерий в жидкой питательной среде наблюдается несколько фаз роста культур:

1. Фаза исходная (латентная) — микробы адаптируются к питательной среде, увеличивается размер клеток. К концу этой фазы начинается размножение бактерий.

2. Фаза логарифмического инкубационного роста — идет интенсивное деление клеток. Длится эта фаза около 5 часов. При оптимальных условиях бактериальная клетка может делиться каждые 15—30 мин.

3. Стационарная фаза — число вновь появившихся бактерий равно числу отмерших. Продолжительность этой фазы выражается в часах и колеблется в зависимости от вида микроорганизмов.

4. Фаза отмирания — характеризуется гибелью клеток в условиях истощения питательной среды и накопления в ней продуктов метаболизма микроорганизмов.

5ч 10 15 20 25 30 35 40 45 Время нед нед

Если питательная среда, в которой культивируются микроорганизмы, будет обновляться, то можно поддерживать фазу логарифмического роста.

При размножении на плотных питательных средах бактерии образуют на поверхности среды и внутри нее типичные для каждого микробного вида колонии. Колонии могут быть выпуклыми или плоскими, с ровными или неровными краями, с шероховатой или гладкой поверхностью и иметь различную окраску: от белой до черной. Все эти особенности (культуральные свойства) учитывают при идентификации бактерий, а также при отборе колоний для получения чистых культур. Чтобы знать, как получить чистую культуру того или иного микроорганизма, надо внимательно ознакомиться с практической частью данной главы.

2. Реакция преципитации. Определение, компоненты. Механизм, варианты постановки, применение

Реакция преципитации (1897 г. Клаус) – это осаждение специфического мелкодисперстного АГ эквивалентным кол-ом АТ в растворе электролита

Компоненты:коллоидный раствор АГ; сыворотка с высоким титром АТ

Механизм:АТ+АГ=АТ-АГ: АТ-АГ=преципитат

Преимущества и недостатки:+ большая устойчивость к высоким температурам

Значение:сероидентификация (АТ в сыворотке, АГ неизвестный); серодиагностика (неизвестные АТ в сыворотке, изветнйы АГ); определение следовых кол-в АГ; изучение антигенных структур бактерии; определение видовой принадлежности биол. жидкостей; выявление фальсификации мясных пищевых продуктов

Виды: реакция кольцепрецепитации (последовательные разведения антигена наслаивают на стандартное разведение диагностической сыворотки в пробирках, при этом осадок образуется в виде кольца на границе двух сред); реакция преципитации в пробирках (помутнение, выпадение осадка); реакция диффузной преципитации в геле (видимая линия)

Микоплазмы

Микоплазмы — это микроорганизмы, лишенные клеточной стенки, но окруженные трехслойной липопротеидной ци-топлазматической мембраной. Микоплазмы обнаружены в почве, сточных водах, на различных субстратах, в организме животных и человека. Имеются патогенные и непатогенные виды.

К патогенным для человека относится Mycoplasma pneumonia, к полупатогенным — m. hominy’s и Т- группа.

Клетки микоплазм весьма полиморфны (шаровидные, кольцевидные, коккобациллярные, нитевидные, ветвистые, в виде элементарных телец). Патогенные микоплазмы поражают органы дыхания, мочеполовую и ЦНС. В настоящее время этим возбудителям уделяется особое внимание как возбудителям заболевания воспалительного характера.

Билет 27

Диссоциация бактерий

2. Реакция агглютинации : определение, компоненты, механизм, варианты постановки, применение

Читайте также:  Где находятся эрогенные зоны у мужчин и как их ласкать

Реакция агглютинации – это специф. АГ+АТ, проявляющееся в склеивании и выпадении в осадок корпускулярных антигенов: бактерий, эритроцитов, а также частиц с адсорбированными на них антигенами под влиянием антител в среде с электролитом.

Компоненты:культура возбудителя с АГ-агглютиноген, сыворотка с АТ-агглютинин

Механизм: теория «решетки»:1 – специфическая адсорбция антител на поверхности клетки или частицы, несущей соответствующие антигены; 2 – образование агрегата (агглютината) и выпадение его в осадок.

Методики: на стекле (ориентировочная); в пробирке (позволяет определить кол-во и наличие АГ-агглютиногенов).

Преимущества и недостатки:– недостаточная специфичность (повысить можно разведением исследуемой сыворотки до ее титра или половины титра); – недостаточная чувствительность; – трудоемкость; – длительность; + наглядность.

Титр сыворотки – ее максимальное разведение, в котором обнаруживается агглютинация антигена.

Диагностический титр – это критическая величина титра АТ сыворотки крови больного к конкретному возбудителю, достижение или превышение которой расценивается как диагностический признак заболевания. Устанавливается эмпирическим путем для каждого заболевания. (р. Видаля)

Значение:дифференцировка ранее перенесенной инфекции, вакцинации или текущее заболевание (+),

оценка динамики нарастания титра антител, которое наблюдается только при текущей инфекции.

Реакция адсорбции агглютининов по Кастеллани. Взяли АТ после иммунизации АГ животных, отделили форменные элементы и фибриноген. Получили монорецепторную сыворотку.

Вирусы полиомиелита

Фильтрующийся агент, названный впоследствии вирусом полиомиелита (синоним полиовирус), был выделен в 1909 г. при заражении обезьян К. Ландштейнером и Е. Поппером из спинного мозга умершего от полиомиелита ребенка.

Структура и химический состав.Однонитевая РНК ассоции­рована с внутренним белком, при удалении которого ее инфек-ционность сохраняется. Капсид вириона построен по икосаэдрическому типу симметрии и состоит из 60 субъединиц (рис. 21.1).

Культивирование и репродукция.Вирусы полиомиелита хоро­шо репродуцируются с выраженным ЦПД в первичных и пере­виваемых культурах разного происхождения (фибробласты человека, клетки HeLa и др.).

Адсорбция полиовирусов происходит преимущественно на липопротеиновых рецепторах клетки, в которую они проникают путем виропексиса, — вирус захватывается клеточной мембраной, которая впячивается внутрь, образуя микровакуоль. После освобождения вириона от капсида образуется реплика-тивная форма РНК, которая является матрицей для синтеза цРНК и фонда вирионных РНК. Репродукция полиовируса происходит в цитоплазме чувствительных клеток.

Вначале синтезируется единый гигантский полипептид, кото­рый разрезается протеолитическими ферментами на несколько фрагментов. Одни из них представляют собой капсомеры, из которых строится капсид, другие — внутренние белки, третьи — вирионные ферменты (РНК-транскриптаза и протеаза). Затем происходит формирование нескольких сотен вирионов в каждой инфицированной клетке, которые освобождаются после ее ли­зиса.

Антигены.Вирусы полиомиелита разделены на три сероло­гических типа (I, II и III), которые различаются между собой по антигенной структуре и некоторым другим биологическим признакам. Все три серотипа имеют общий комплементсвязыва-ющий антиген. Их дифференциация производится в реакции нейтрализации.

Патогенез заболеваний человека.Входными воротами инфек­ции является слизистая оболочка рта и носоглотки. Первичная репродукция вируса происходит в эпителиальных клетках слизистой оболочки рта, глотки и кишечника, в лимфатических узлах глоточного кольца и тонкой кишки (пейеровых бляшках).

Из лимфатической системы вирус попадает в кровь. Стадия вирусемии продолжается от нескольких часов до нескольких дней. В некоторых случаях вирус проникает в нейроны спинного и головного мозга, по-видимому, через аксоны периферических нервов. Это может быть связано с повышенной проницаемостью гематоэнцефалического барьера за счет образующихся иммунных комплексов.

Репродукция вируса в двигательных нейронах передних рогов спинного мозга, а также в нейронах большого и продол­говатого мозга приводит к глубоким, нередко необратимым изменениям. В цитоплазме пораженных нейронов, которые под­вергаются глубоким дегенеративным изменениям, обнаружива­ются кристаллоподобные скопления вирионов.

Иммунитет.После перенесения заболевания формируется пожизненный гуморальный иммунитет к соответствующему серотипу вируса. Протективными свойствами обладают вирус-нейтрализующие антитела, которые начинают синтезироваться еще до появления параличей. Однако их максимальные титры (1:2048 и более) регистрируются через 1—2 мес и обнаружи­ваются в течение многих лет. Это имеет практическое значение для ретроспективной диагностики полиомиелита. Пассивный им­мунитет, приобретенный после рождения, сохраняется в течение первых 4—5 нед жизни ребенка. Высокая концентрация антител в сыворотке не предотвращает развитие параличей после того, как полиовирус проник в ЦНС.

Экология и распространение.Устойчивость полиовируса во внешней среде сравнительно велика. Он сохраняет свои инфек­ционные свойства в сточных водах при О °С в течение месяца. Нагревание при температуре 50 °С инактивирует вирус в течение 30 мин в воде, а при 55 °С в молоке, сметане, масле и мороже­ном. Вирус устойчив к детергентам, но высокочувствителен к УФ-лучам и высушиванию, а также к хлорсодержащим дезинфектантам (хлорная известь, хлорамин). Наиболее чувствитель­ны к полиомиелиту дети, однако заболевают и взрослые. Нередко распространение полиомиелита приобретает эпидемический ха­рактер. Источником инфекции являются больные и вирусоносители. Выделение вируса из глотки и с фекалиями начинается в инкубационный период. После появления первых симптомов заболевания вирус продолжает выделяться с фекалиями, в 1 г которых содержится до 1 млн. инфекционных доз. Поэтому главное значение имеет фекально-оральный механизм передачи инфекции через загрязненные фекалиями воду и пищевые продукты. Определенная роль принадлежит мухам. В эпидеми­ческих очагах может происходить инфицирование людей воздуш­но-капельным путем.

Специфическая профилактика.Инактивированная вакцина, полученная Дж. Солком в США путем обработки вируса раствором формалина, обеспечивает достаточно напряженный типоспецифический гуморальный иммунный ответ. К недостаткам инактивированной вакцины следует отнести необходимость ее трехкратного введения парентеральным путем. Кроме того, она не обеспечивает надежного местного иммунитета кишечника.

А. Себиным в США были получены аттенуированные вариан­ты вирусов полиомиелита, из которых в конце 50-х годов совет­скими вирусологами А. А. Смородинцевым и М. П. Чумаковым была приготовлена живая полиовирусная вакцина. Вакцинные штаммы оказались генетически стабильны. Они не реверсировали к «дикому типу» при пассажах через кишечник людей и не репродуцировались в клетках ЦНС.

Основное отличие вакцинных от исходных, «диких», штаммов состоит в их безвредности для человека.

Живая вакцина имеет ряд преимуществ по сравнению с ин­активированной. Она обеспечивает не только общий гуморальный иммунитет, но и местный иммунитет кишечника за счет синтеза секреторных иммуноглобулинов класса А. Вместе с тем в ре­зультате интерференции вирусов с «дикими» типами полиовируса в эпителиальных клетках слизистой оболочки тонкого кишечника происходит элиминация- последних из организма. И, наконец, живая вакцина вводится естественным путем — через рот, что в значительной мере облегчает ее применение. Недостатком живых вакцин является необходимость постоянного контроля за генетической стабильностью вакцинного штамма.

Для пассивной профилактики полиомиелита применяют чело­веческий иммуноглобулин.

Себиным в США были получены аттенуированные вариан ты вирусов полиомиелита, из которых в конце 50-х годов совет скими вирусологами А.

Рост и размножение микроорганизмов

Автор: Ant_Z
Дата записи

Сложные процессы метаболизма, происходящие в клетке, отражаются такими явлениями, как рост и размножение микроорганизмов.
Термин «рост» означает увеличение массы клеток микроорганизмов в результате синтеза клеточного материала.

Интенсивность роста микроорганизмов можно определить делением их массы на численность особей в единице объема в отдельные промежутки времени. Рост индивидуальной клетки заканчивается размножением.

Под размножением микробов подразумевают способность их к самовоспроизведению, т. е. увеличению количества особей микробной популяции на единицу объема.
Отдельные группы микроорганизмов размножаются различными способами. У бактерий преобладает деление, может быть почкование. Грибы размножаются при помощи спор, вегетативным способом (участками мицелия), половым путем и почкованием (дрожжи). Вирусы размножаются путем репродукции вирусных частиц внутри клетки- хозяина.

Прокариотические клетки размножаются путем прямого (поперечного) деления. В процессе роста в клетках начинает нарастать количество общего азота, РНК и ДНК. Нуклеоид увеличивается в объеме, и в точках прикрепления к цитоплазматической мембране двухцепочечная ДНК под действием ферментов разрывается по водородным связям. Происходят репликация ДНК и синтез комплементарных вторичных цепочек, которые расходятся по полюсам клетки. Они в дальнейшем станут нуклеоидами дочерних клеток.

После деления нуклеоида начинается образование поперечной двухслойной перегородки, которая формируется за счет цитоплазматической мембраны.

Различают изоморфное и гетероморфное деления клеток. При изоморфном делении перегородка формируется на середине клетки, в результате чего образуются две одинаковые по величине клетки. В некоторых случаях деление носит асимметричный характер, при котором дочерняя клетка отделяется от одного из концов бактерии и новые клетки имеют неодинаковую величину. Такое деление называют гетероморфным. Оно может наблюдаться в старых культурах, после обработки микроорганизмов малыми дозами пенициллина, некоторыми химическими веществами, при ультрафиолетовом облучении и воздействии других факторов. В результате такого воздействия происходит нарушение координации между ростом и делением клетки, в результате чего бактерия увеличивается, а деление ее не осуществляется.

Разделившиеся клетки могут отделяться одна от другой или оставаться рядом, формируя дипло- или стрептобактерии, стрептококки, стафилококки и сарцины. Это зависит от характера распределения слизистого слоя вокруг разделившейся клетки, от свойств питательной среды и др.

У большинства бактерий делящая перегородка располагается, как правило, перпендикулярно длине, у кокков — в любой плоскости. У спирохет в редких случаях перегородка может располагаться и вдоль клетки.

Бактерии характеризуются высоким темпом размножения, который обусловлен небольшим временем генерации, т. е. периодом, в течение которого осуществляется деление клетки. Например, время генерации кишечных палочек в оптимальных условиях составляет около 20 мин. Продолжительность периода зависит от вида бактерии, ее возраста, характера среды, условий культивирования и т. п.

Теоретически вычислено, что при делении клетки через каждые 20-30 мин количество бактерий за 24 ч составило бы 10-15 млрд. клеток, а через 5 сут. размножения одна клетка дала бы такую живую массу потомства, которая заполнила бы собой бассейны морей и океанов нашей планеты.

Однако в действительности такого быстрого размножения микробов не происходит, так как в естественных условиях отрицательно влияют на размножение накапливающиеся продукты метаболизма, ультрафиолетовые лучи, низкая и высокая температуры внешней среды и др.

Размножение бактерий в ограниченном объеме жидкой питательной среды (в пробирке, колбе) происходит в определенной закономерности, изображаемой в виде типичной кривой размножения (рис. 16). Эта кривая косвенно характеризует также и отмирание клеток, параллельно идущее с размножением.

На кривой размножения различают четыре основные фазы роста культуры, сменяющие друг друга в определенной последовательности: начальная фаза (лаг-фаза), экспоненциальная, или логарифмическая (лог- фаза), стационарная фаза и фаза отмирания.

Лаг-фаза — период задержки роста микроорганизмов, в течение которого внесенные в питательную среду бактерии адаптируются к новым условиям обитания и начинают размножаться с нарастающей скоростью. В этой фазе размеры клеток в 3-5 раз больше обычных, имеют большую биохимическую и энергетическую активность и повышенную чувствительность к различным бактерицидным факторам. Продолжительность лагфазы зависит от видовых особенностей микроорганизмов, количества засеваемого материала, питательных веществ и др. Для молочнокислых бактерий этот период составляет от 1 до 4 ч.

Jlor-фаза характеризуется быстрым и постоянным (через равные промежутки времени) размножением бактерий логарифмическим ростом их популяции, т. е. количество клеток увеличивается в геометрической прогрессии: за время равное одной генерации — в 2 раза, за два срока — в 4 раза, за три генерации — в 8 раз и т. д. В этот период морфологические свойства типичны для данного вида, вся популяция однородна, устойчивость клеток к неблагоприятным факторам возрастает. Продолжительность этой фазы 5-8 ч.

Для того чтобы клетки длительное время находились в экспоненциальной фазе роста, микроорганизмы выращивают в так называемой непрерывной культуре.

При этом в сосуд, содержащий популяцию растущих клеток, непрерывно вводят новые порции питательной среды в определенных количествах и одновременно удаляют из него соответствующее количество бактериальной суспензии вместе с продуктами метаболизма.

Непрерывное культивирование осуществляют в специальных сосудах-культиваторах (хемостатах и турбидостатах).

Стационарная фаза завершает период роста культуры и продолжается 4-5 ч. Она характеризуется сбалансированным (уравновешенным) размножением и отмиранием (под действием продуктов обмена) бактерий. Вследствие этого в каждую единицу времени в среде имеется определенное количество живых и столько же мертвых микроорганизмов. При этом кривая роста, достигнув своего максимума, становится параллельной оси абсцисс. В этой стадии наряду с типичными клетками встречаются дегенеративные и инволюционные формы. Эти изменения обусловлены ограничением количества питательного субстрата, большой концентрацией клеток и накоплением токсических продуктов обмена.

Фаза отмирания (старения культуры) характеризуется превосходством количества погибающих бактерий над количеством образующихся.

Кривая роста приобретает наклонное положение, она соответствует фазе отмирания микроорганизмов, т. е. гибели с постоянной скоростью через равные промежутки времени.

Причиной отмирания клеток являются истощение питательной среды, накопление ядовитых продуктов обмена, изменение физико- химических свойств среды, автолиз, т. е. лизис клеток под действием собственных ферментов. В этой фазе бактерии изменяют свою морфологию — появляются шаровидные, нитевидные, ветвящиеся и другие формы. У спорообразующих видов наряду с отмиранием вегетативных клеток происходит образование спор. Микроорганизмы
могут утрачивать подвижность, способность воспринимать окраску, становятся грамвариабельными (изменяют окраску по Граму), утрачивают часть биохимической активности, вирулентности, антигенных свойств и др.

Продолжительность фазы у разных видов бактерий неодинакова. Для большинства сапрофитных и молочнокислых бактерий она составляет 2-3 сут. Некоторые виды молочнокислых бактерий погибают через 7-10 дней.

Описанные закономерности развития популяции будут правильными при выращивании ее в оптимальных условиях. Так, если поместить посевы в ледяную воду, культура прекратит рост и кривая роста не только не поднимется вверх, но после некоторой протяженности по горизонтали опустится вниз.

Рост микроорганизмов в жидкой питательной среде может проявляться помутнением и изменением цвета среды, наличием или отсутствием пристеночного кольца и поверхностной пленки различного характера, наличием или отсутствием осадка. При выращивании на обезжиренном молоке молочнокислые бактерии вызывают в первые сутки культивирования свертывание молока с образованием однородного плотного сгустка без обильного выделения молочной сыворотки и газа, с кисломолочными вкусом и запахом.

При размножении на плотных питательных средах микроорганизмы образуют колонии (от nar.colonia — поселение), которые представляют собой видимые скопления особей одного вида и формирующиеся в результате размножения, как правило, одной клетки.

Они бывают круглой, розеткообразной, звездчатой,
древовидной формы, могут иметь поверхность гладкую, выпуклую, плоскую, куполообразную, вдавленную. Колонии отмечаются также по строению края, который, может быть ровным (S-форма) и
шероховатым (R-форма). По величине колонии подразделяют на крупные (свыше 4 мм) в диаметре, средние (2-4 мм), мелкие (1-2 мм) и карликовые (меньше 1мм).
Колонии отличаются также по консистенции, плотности, прозрачности, цвету. Они бывают слизистыми, сметанообразными, влажными, сухими, прозрачными, полупрозрачными и непрозрачными, окрашенными и бесцветными.

Различные виды микроорганизмов образуют специфические колонии на плотных питательных средах и дают характерный рост на жидких средах. Особенности роста микробов на питательных средах называют культуральными свойствами. Их учитывают при определении видов микроорганизмов.

Фаза отмирания старения культуры характеризуется превосходством количества погибающих бактерий над количеством образующихся.

Рост и размножение микроорганизмов. Способы и скорость размножения

Рост и размножение микроорганизмов

Рост представляет собой увеличение количества химических компонентов микробной клетки. Для характеристики роста микроорганизмов используется понятие бактериальной массы, которое выражается плотностью бактерий (сухая масса на 1 мл). Размножение микробов описывается числом бактерий, отражающим концентрацию клеток в 1 мл. Строгой пропорциональности между увеличением числа бактерий и бактериальной массы нет. Это объясняется тем, что в популяции бактерий не все клетки являются жизнеспособными – часть из них мертвые, некоторые находятся на разных этапах деструкции. Участвуя в создании бактериальной массы, такие клетки не участвуют в дальнейшем размножении бактерий. Размножение бактерий происходит путем прямого деления. При этом образуется перетяжка или начинается врастание цитоплазматической мембраны внутрь, перпендикулярно продольной оси клетки с образованием диска -клеточной пластины.

Эта пластина иногда может быть неполной и имеет отверстие, в центре которой соединяет обе сестринские клетки. В дальнейшем в клеточную пластину врастает боковая стенка, которая образует поперечную перегородку, делящую клеточную пластину на две части, каждая из которых отходит к одной из образовавшихся клеток. Центральное отверстие, не разделенное поперечной перегородкой или пластиной, получило название плазмодесмоса. Плазмодесмос играет роль в соединении клеток некоторых бактерий в длинные цепочки или группы. Помимо отмеченного, процесс деления бактериальных клеток может происходить путем перешнуровывания. Число бактериальных клеток в процессе размножения увеличивается в геометрической прогрессии. Для большинства бактерий время генерации составляет 20 – 30 минут.

Рост и размножение бактерий проявляются по-разному в зависимости от условий культивирования. На плотных питательных средах проявлением роста и размножения бактерий является появление колоний, представляющих собой визуально различимые скопления бактериальных клеток. Колонии характеризуются набором определенных признаков, на основании которых можно идентифицировать чистые культуры бактерий. К этим признакам относятся: размеры (крупные, средние, мелкие, микроскопические); форма (круглые, распластанные и др.); окраска, зависящая от образования бактериями пигментов; поверхность (выпуклая, плоская, матовая, блестящая и др.); характер краев (ровный, шероховатый и др.); консистенция (однородная, пастообразная, слизистая и др.); прозрачность (прозрачные, мутные).

Процесс роста начинается с фазы задержки роста, или лаг-фазы. В этот период происходит интенсивная метаболическая активность бактерий, результатом которой является подготовка клетки к быстрому размножению. Фаза начинается с момента внесения бактерий в среду. Продолжительность ее зависит от возраста засеянной культуры (она более длительная при внесении старой культуры), состава среды, температуры и других моментов.

Рост бактериальной клетки. Увеличение биомассы клеточной протоплазмы, возникающее в результате синтеза пластического материала в процессе питания, называется ростом. Микробы растут быстро, достигая в течение короткого времени предела своей физиологической зрелости.


Рис.1. Цикл развития сенной палочки

1 – молодая сенная палочка; 2 – сенная палочка, сбросившая жгутики; 3 – деление цепочки клеток; 4 – образование жгутиков у цепочек; 5 – образование спор

Деление клетки. Клетка, достигшая определенного зрелого возраста, начинает делиться, и в питательной среде одновременно наблюдается рост бактериальной популяции ― культуры. Делению клетки предшествует образование цитоплазматической мембраны, которая обычно формируется в середине бактериальной клетки. В процессе деления клетки происходит репликация (удвоение) ДНК. При этом разрываются водородные связи и образуются две цепи (спирали) ДНК, каждая из них имеется в дочерних клетках. Затем одноцепочечные ДНК соединяются водородными связями и снова появляются двуцепочечные ДНК, обладающие генетической информацией. Деление клетки считается завершенным когда вновь образовавшиеся клетки разделяются цитоплазматической перегородкой.


Рис.2. Электронограммы ультратонких срезов делящихся бактерий

а — стафилококка, делящегося путем образования перегородки деления (указана стрелками), × 32 000; б — кишечной палочки — в результате формирования перетяжки деления (указана стрелками); 1 — клеточная стенка, 2 — цитоплазматическая мембрана, 3 — нуклеоид; × 22 000.

Читайте также:  Упражнения и гимнастика при недержании мочи

Размножение ― бинарное деление бактерий, риккетсий, простейших и др. При этом образуются две новые особи, наделенные генетической информацией материнской клетки. Этот способ размножения называется интегральным, а вирусы репродуцируются дизъюнктивным способом, т. е. путем раздельного синтеза их компонентов ― нуклеиновой кислоты и белка в клетке хозяина.

Бактериальные клетки быстрее делятся в начальных стадиях роста популяции. В более поздних стадиях деление идет медленнее, часть материнских клеток отмирает, и у отдельных видов бактерий появляются разнообразные включения.

В благоприятных условиях скорость размножения бактерий весьма высока. Каждые 15―20 минут из одной особи получаются две. По расчетам некоторых исследователей, если только за один час микроб будет давать две особи-, то через сутки число микробных клеток достигает 16,5 млн. По образному определению В. Л. Омелянского, потомство одной бактерии в течение 5 суток может дать такое количество микробов, которое может заполнить бассейны всех морей и океанов.

При таком размножении микробные клетки могли бы покрыть всю поверхность не только морей, океанов, но и материков. Следовательно, жизнь людей на нашей планете была бы невозможной. Однако в размножении микробов не существует абсолютного закона геометрической прогрессии. На их рост и размножение отрицательное влияние оказывают антагонистические взаимоотношения микроорганизмов, истощение питательной среды, кислородная недостаточность, накопление ядовитых продуктов жизнедеятельности микробов. Эти факторы препятствуют непрерывному делению клеток.

Многолетними исследованиями и наблюдениями Байля установлено, что в жидкой питательной среде в определенном объеме происходит максимальное развитие клеток с предельной численностью. В течение 24 часов при одинаковых условиях концентрация клеток в 1 мл жидкой среды устанавливается: для кишечной палочки и бактерии паратифа В ― 1,5 млрд., бактерии дизентерии Григорьева― Шига и стафилококков―300 млрд., палочки брюшного тифа ― 800 млрд. Приведенное числовое выражение принято называть М-концентрацией (М ― максимальная) микробов. При обычных условиях их выращивания М-концентрация клеток является пределом накопления микробов. Интересно отметить, что если засевать в свежую питательную среду такое количество микробов, которое равно М-концентрации, то число клеток не увеличивается, а в случае, если количество культивируемых микробов превышает М-концентрацию,― лишние погибают.

Размножение бактерий в популяции

Для понимания закономерностей размножения микробов в популяции изучаются чистые культуры. Однако микробы в естественных и искусственных условиях встречаются в ассоциациях. Бактериальной популяцией называется совокупность бактерий, размножающихся в определенном объеме жидкой среды в пробирке, колбе и т. д. При сплошном росте бактерий на поверхности плотной питательной среды в пробирке совокупность всех находящихся в ней клеток принято считать единой популяцией. В случае роста изолированных колоний каждую из них можно считать отдельной популяцией, поскольку они не сообщаются друг с другом.

При выращивании микробов на плотных питательных средах выявляются некоторые особенности их роста, т. е. появляются колонии, представляющие потомство одной или нескольких клеток. Внешний вид колоний, их форма, цвет, прозрачность, величина и другие свойства являются отличительными признаками для каждого вида бактерий. Ряд видов бактерий, имеющих жгутики, на агаре дают сплошной рост, покрывающий всю поверхность чашки (вульгарный протей). Спорогенные виды отличаются по характеру колоний, образуя непрозрачные колонии с матовой поверхностью.

Рост бактериальных клеток в жидких питательных средах характеризуется единообразием, чего нет на плотных питательных средах. Однако и при этом методе можно наблюдать некоторые особенности роста бактерий. Виды, образующие сухие колонии на плотных средах, дают разнообразные осадки в прозрачном бульоне. Виды, образующие мягкие и влажные колонии, в основном дают гомогенный рост, равномерно мутящий питательную среду.

Для культуры, растущей в жидкой среде, аэрация имеет большое значение. Известно, что в пробирках или колбах только верхние слои жидкости соприкасаются с атмосферным воздухом, и в силу этого некоторые облигатные аэробы, например, микобактёрии туберкулеза, холерный вибрион и др., скапливаются на поверхности, образуя нежную пленку.

Фазы роста бактериальной популяции

В 1918г. Бюкенен, изучая особенности размножения бактерий, предложил кривую, указав количество клеток в каждый отрезок времени. Динамика размножения бактерий характеризуется следующими фазами, обозначенными римскими цифрами.

В исходной фазе (отрезок I) происходит приспособление бактерий к новым условиям обитания с момента их посева на питательную среду. В этой фазе бактерии не размножаются. Длительность исходной фазы― 1―2 часа.

Начальная фаза размножения (отрезок II) характеризуется усилением обменных процессов, скоростью роста и делением клеток. Однако размножение бактерий происходит медленно. Продолжительность этой фазы ― 2 часа.

В логарифмической фазе (отрезок III) наблюдаются ускоренный рост и деление клеток. В этой фазе максимального размножения формируются типичные для каждого вида бактерий морфологические, культуральные, биохимические, антигенные и вирулентные свойства. Длительность фазы ― 5―6 часов.

Фаза замедления (отрезок IV) наступает после активного роста и размножения бактериальных клеток. К этому времени условия в среде изменяются; накапливаются ядовитые продукты обмена, запас питательных веществ уменьшается, рН среды не соответствует индивидуальным потребностям отдельных микробов, акцепторы водорода расходуются, — выделение энергии и скорость деления клеток замедляются, время генерации уменьшается, количество погибающих клеток возрастает. Продолжительность фазы – 2 часа.

Стационарная фаза (отрезок V) характеризуется постоянной концентрацией живых клеток в питательной среде. Умеренное размножение клеток не приводит к увеличению микробной массы. В этой фазе устанавливается равновесие между количеством погибающих и возникающих клеток. Продолжительность фазы ― 2 часа.

Фаза ускорения гибели (отрезок VI) характеризуется нарушением равновесия между размножением и ускоренной гибелью клеток. Эта фаза длится 4―5 часов.

В фазе логарифмической гибели (отрезок VII) массовое отмирание клеток происходит с постоянной скоростью. Продолжительность фазы около 5 часов.

Фаза уменьшения скорости отмирания (отрезок VIII) характерна тем, что оставшиеся в живых бактерии переходят в состояние покоя.

Фазы размножения бактерий во времени зависят от вида бактерий, качества питательной среды, ее концентрации, температуры и аэрации. Поэтому продолжительность каждой фазы указана ориентировочно. При оптимальных условиях деление клетки у ряда особей происходит в разное время, например, кишечные палочки делятся через 15―20 минут, брюшнотифозные бактерии ― 20―25 минут, стрептококки ― 25―30 минут, микобактёрии туберкулеза―18― 20 часов.

Длительность фазы отмирания клеток связана с видовыми особенностями бактерий. Период отмирания пневмококка длится 2―

3 дня, а кишечной палочки ― месяцы. В стадии отмирания клетки слабо окрашиваются, а некоторые из них не воспринимают краски. Кроме того, изменяются формы бактерий, их биохимическая активность и антигенные свойства.

Участвуя в создании бактериальной массы, такие клетки не участвуют в дальнейшем размножении бактерий.

Особенности метаболизма микроорганизмов

^ 8. РАЗМНОЖЕНИЕ БАКТЕРИЙ И ПРИНЦИПЫ ИХ КУЛЬТИВИРОВАНИЯ
8.1. Способы размножения бактерий

Термины «размножение бактерий» и «рост бактерий» часто используют как синонимы, хотя эти термины обозначают, строго говоря, разные явления. Под ростом бактерий понимают увеличение размеров бактериальной клетки, а под размножением бактерий – увеличение числа бактериальных клеток. Однако когда имеют в виду бактериальную популяцию в целом, то в этом случае термином «рост» обозначают увеличение количества особей в популяции. В последнем случае корректней использовать термин «рост бактериальной культуры».

А. Основной способ размножения для большинства бактерий – бинарное деление.

1. У грамположительных бактерий бинарное деление происходит путем формирования перегородки от противоположенных концов клеточной стенки к центру, где обе части перегородки сливаются, сформировав тем самым две самостоятельные клетки.

2. У грамотрицательных бактерий бинарное деление происходит путем образования перетяжки: клетка как бы истончается посередине, пока не разорвется на две самостоятельные клетки.

Б. Ряд бактерий могут делиться путем почкования (например, франциселлы, микоплазмы).

В. Те бактерии, которые формируют нитевидные формы, могут делиться путем их фрагментации (например, актиномицеты, микоплазмы).

Г. У стрептомицетов существует способ размножения экзоспорами.

Д. У хламидий существует особый цикл развития (см. ниже).
^ 8.2. Цикл развития хламидий

Хламидии являются облигатными внутриклеточными паразитами и могут размножаться только внутри эукариотической клетки. Но при этом они должны обладать способностью сохраняться во внеклеточной среде, чтобы после выхода из своей клетки-хозяина найти и поразить следующую. У хламидий для этого существуют различные клеточные формы (Рис. 8-1 и 8-2).

Рис. 8-2. Электронограмма клетки, пораженной хламидиями

А. ^ Элементарное тельце выполняет инфекционную функцию – проникает в клетку-хозяина путем инвагинации места адсорбции.

Б. Ретикулярное (или инициальное) тельце размножается бинарным делением в образовавшемся цитоплазматическом пузырьке и формирует микроколонию, которая видна при микроскопии как цитоплазматическое включение.

В. Переходную форму от ретикулярного тельца к тельцу элементарному представляет промежуточное тельце. После того, как в микроколонии сформировалось множество новых элементарных телец, она сливается с клеточной мембраной и «изливается» наружу «урожаем» размножившихся хламидий, элементарные тельца которых отправляются на поиски новых клеток-хозяев.
^ 8.3. Культивирование микроорганизмов и классификация искусственных питательных сред

Есть два основных принципа культивирования микроорганизмов – in vivo и in vitro.

А. Микроорганизмы – облигатные паразиты (риккетсии, хламидии, вирусы) можно культивировать только in vivo, т.е. внутриклеточно. Для этого используют методы, разработанные вирусологами и разбираемые в курсе вирусологии – культивирование микроорганизмов в культуре клеток, в птичьем эмбрионе, в организме лабораторного животного.

Б. Микроорганизмы – факультативные паразиты (т.е. все бактерии, кроме риккетсий и хламидий) можно культивировать in vitroна искусственных питательных средах, которые классифицируются по своей консистенции, составу и назначению.

1. В зависимости от их консистенции искусственные питательные среды классифицируются на плотные, полужидкие и жидкие (Рис. 8-3).

а. ^ Плотные питательные среды могут быть агаризованные и свернутые.

Рис. 8-3. Питательные среды для культивирования бактерий

б. Полужидкие питательные среды содержат небольшое количество агара (примерно 0,5%).

в. Жидкие питательные среды не содержат уплотнителей. В принципе, любую жидкую среду можно превратить в плотную, или добавив к ней агар, или свернув содержащийся в ней белок (соблюдая в обоих случаях необходимую концентрацию уплотнителя).

2. По своему составу искусственные питательные среды классифицируются на натуральные и синтетические.

а. Натуральные искусственные питательные среды готовятся на основе отваров или экстрактов мяса, рыбы, овощей и др. натуральных продуктов. Натуральные питательные среды, свою очередь, классифицируют на простые и сложные. Именно преимущественно натуральные питательные среды используются в работе бактериологических лабораторий так называемого «практического здравоохранения».

1. Простые натуральные питательные среды, собственно, и представляют собой такие отвары или экстракты. К простым натуральным питательным средам относятся:

– мясопептонный агар (МПА) и мясопептонный бульон (МПБ), относящиеся к одной группе, так как агар не усваивается подавляющим большинством бактерий, и, следовательно, он не изменяет состав среды – только ее концентрацию;

2. Сложные натуральные питательные среды получают путем добавления в простые натуральные среды любого вещества (красителя, сахара, антибиотика, крови и т.д.).

б. Синтетические искусственные питательные среды получают, смешивая в растворе чистые химические вещества (как правило, соли). В отличие от натуральных питательных сред, это так называемые среды известного состава, так как количество содержащихся в них веществ точно задается рецептурой их приготовления. Синтетические искусственные питательные среды используются в основном в бактериологических лабораториях научных учреждений.

3. По своему назначению искусственные питательные среды классифицируются на основные, элективные (селективные), дифференциально-диагностические и консервирующие.

а. Основные искусственные питательные среды названы так потому, что с их помощью проводится основная работа бактериолога – накопление чистой культуры, ее «оживление» после длительного хранения и т.п. Основные питательные среды, в свою очередь, подразделяются на универсальные и специальные.

1. Одна и та же универсальная основная питательная среда может быть использована для культивирования многих видов бактерий. По своему составу это – простые натуральные питательные среды. Бактерии, которые можно культивировать на таких средах, называются бактериями с простыми питательными потребностями.

2. Специальная основная питательная среда используется для культивирования конкретного вида или группы бактерий. Бактерии, которые для своего культивирования нуждаются в специальных питательных средах, называются бактериями со сложными питательными потребностями.

б. ^ Элективные (селективные, избирательные, обогащения) искусственные питательные среды – это среды, содержащие вещества, используемые бактериями определенных видов и не благоприятствующие или даже препятствующие росту других бактерий. Такие среды служат для выделения конкретного вида бактерий из патологического материала. Выделение тех виды бактерий, для которых такие среды не разработаны, довольно затруднительно.

в. Дифференциально-диагностические искусственные питательные среды – это среды, позволяющие отличать одни виды бактерий от других по их ферментативной активности (чаще всего – по цвету образуемых ими колоний) или культуральным свойствам.

г. Консервирующие искусственные питательные среды – это среды, используемые, например, при доставке патологического материала в бактериологическую лабораторию; так как метаболическая активность на них бактерий сводится практически к нулю, то бактерии сохраняются, но не размножаются.
^ 8.4. Требования к условиям культивирования бактерий

Для, того, чтобы успешно культивировать бактерии на искусственных питательных средах, необходимо учитывать не только их питательные потребности (простые или сложные, о чем было сказано выше), но и температуру культивирования, реакцию среды (рН), а также необходимые конкретному виду условия аэрации.

А. По оптимальной температуре культивирования бактерии классифицируются на три группы: термофилы, мезофилы и психрофилы.

1. Оптимальная температура культивирования термофилов составляет 50 – 60°С. По понятным причинам термофилы не составляют предмет изучения медицинской микробиологии.

2. Подавляющее большинство бактерий, имеющих медицинское значение, лучше всего растут при температуре человеческого организма, т.е. 37°С. Такие бактерии называются мезофилами.

3. Ряд патогенных для человека бактерий лучше всего растут при более низких температурах (от 6 до 20°С) и называются психрофилами.

Б. В зависимости от необходимой реакции питательной среды бактерии подразделяются на три основные группы, для обозначения двух из которых используются особые термины.

1. Те из них, которые лучше всего растут на кислых питательных средах, называются ацидофилами.

2. Бактерии, для культивирования которых необходимо использовать щелочные среды, называются алкалифилами.

3. Подавляющее большинство патогенных для человека бактерий растут на средах с нейтральным рН. Для обозначения этой группы бактерий никаких особых терминов не используется.

В. По требованиям к условиям аэрации во время культивирования, бактерии можно разделить на четыре основные группы.

1. Облигатные аэробы требуют во время культивирования постоянного доступа воздуха к поверхности питательной среды.

2. Анаэробы, наоборот, культивируются в безвоздушной среде.

3. Особого газового состава для своего культивирования требуют микрофилы (сниженного содержания кислорода) и капнофилы (повышенного содержания углекислого газа).

4. Факультативные анаэробы растут при любых условиях аэрации.
8.5. Характер роста бактерий на искусственных питательных средах

Характер роста бактерий зависит, прежде всего, от того, какая питательная среда – жидкая или плотная – используется для культивирования.

А. ^ На жидких питательных средах (например, мясопептонном бульоне) для всего многообразия бактерий можно выделить четыре формы роста.

1. Большинство бактерий формируют диффузную муть (Рис. 8-4).

2. Так называемые «коховские бактерии», названные так потому, что их основные патогенные представители были открыты Кохом, – бациллы, микобактерии и вибрионы – образуют на поверхности бульона пленку.

3. Для стрептококков характерен так называемый придонный или пристеночный рост – осадок или мелкие хлопья у стенки пробирки при прозрачном бульоне.

4. Возбудитель чумы – Yersinia pestis – растет в виде пленки на поверхности бульона, от которой спускаются тяжи, похожие на сталактиты, может формироваться и осадок.

Б. На плотных питательных средах (например, мясопептонном агаре) рост бактерий зависит от способа их засева.

1. Если плотность засева большая, то бактерии формируют на поверхности агара сплошной налет – так называемый, «рост газоном» или «сливной рост».

2. Если засев проводится таким образом, что каждая бактериальная клетка лежит на поверхности агара на большом расстоянии от других, то, после многократных делений она формирует изолированную колонию (говорят еще об «изолированном росте»). А так, как колония – результат размножения одной клетки, то ее, с некоторыми допущениями, рассматривают как клональную культуру. Именно из материала отдельной, изолированной, колонии в процессе культурального метода исследования получают так называемую «чистую культуру» – культуру, содержащие клетки только одного вида. Все огромное многообразие, по их внешнему виду, колоний (Рис. 8-5) можно свести к двум основным типам.

Рис. 8-4. Рост бактерий на МПБ в виде диффузной мути

Рис. 8-5. Колонии бактерий на пластинчатом агаре

а. S-форма колонии («гладкая») – гомогенная, с ровными краями, куполообразная, влажная, прозрачная или полупрозрачная. Все S-форма колоний схожи друг с другом, отличаясь у разных видов бактерий или их вариантов размером, а в случае пигментообразования или роста на дифференциально-диагностических средах – и цветом. S-форму колоний образуют:

– грамотрицательные палочки, кроме возбудителя чумы (Yersinia pestis).

б. R-форма колоний («шероховатая») – не гомогенная, с неровными краями, с самыми разнообразными вариантами расположения относительно поверхности питательной среды (от возвышающейся над ней до погруженной в нее, т.е. находящейся ниже поверхности питательной среды), непрозрачная. R-формы колоний различных бактерий могут резко отличаться друг от друга, для их описания порой используют сравнительный обороты (говорят, например, о колониях, похожих на цветок маргаритки у возбудителя дифтерии, похожих на цветную капусту или бородавку – у возбудителей туберкулеза и т.п.). R-форма колоний образуют:

– возбудитель чумы (Yersinia pestis).
^ 8.6. Стадии роста периодической бактериальной культуры

При выращивании бактерий в жидкой питательной среде можно постоянно отбирать выросшую бактериальную массу, удалять продукты метаболизма бактерий и добавлять новую полноценную питательную среду. Т.е. постоянно поддерживать оптимальные условия культивирования. В этом случае культура будет постоянно расти с максимальной скоростью. Такая культура называется хемостатной, потому что для ее получения используют специальные приборы – хемостаты, – которые и дают возможность совершать вышеописанные манипуляции. Такие культуры используются в промышленной микробиологии для получения полезных веществ – продуктов микробного метаболизма (антибиотиков, аминокислот и т.д.). Если же бактериальная культура выращивается в пробирке (именно такой способ используется в медицинской микробиологии), то с течением времени в питательной среде накапливаются продукты бактериального метаболизма, а питательная среда, наоборот, истощается. В результате, чтобы культура не погибла, ее необходимо периодически пересевать на свежую питательную среду. Такая культура называется периодической. В своем росте она проходит девять стадий (фаз) развития.

R-форма колоний образуют.

Добавить комментарий