 |
Транспорт веществ в бактериальную клетку
|
|
|
|
Для того, чтобы питательные вещества могли подвергнуться превращениям в цитоплазме клетки, они должны проникнуть в клетку через пограничные слои. Ответственность за поступление в клетку питательных веществ лежит на ЦПМ.
Существует два типа переноса веществ в бактериальную клетку:
1. пассивный
2. активный.
При пассивном переносе вещество проникает в клетку только по градиенту концентрации. Затрат энергии при этом не происходит. Различают две разновидности пассивного переноса:
1. простую диффузию
2. облегченную диффузию.
Простая диффузия — неспецифическое проникновение веществ в клетку, при этом решающее значение имеет величина молекул и липофильность. Скорость переноса незначительна.
Облегченная диффузия протекает с участием белка-переносчика. Скорость этого способа переноса зависит от концентрации вещества в наружном слое.
При активном переносе вещество проникает в клетку против градиента концентрации при помощи белка-переносчика — пермеазы. При этом происходит затрата энергии. Имеется два типа активного транспорта. При одном типе активного транспорта небольшие молекулы (аминокислоты, некоторые сахара) «накачиваются» в клетку и создают концентрацию, которая может в 100—1000 раз превышать концентрацию этого вещества снаружи клетки. Второй механизм, получивший название транслокация радикалов, обеспечивает включение в клетку некоторых сахаров (например, глюкозы, фруктозы), которые в процессе переноса фосфорилируются, т. е. химически модифицируются. Для осуществления этих процессов в бактериальной клетке локализуется специальная фосфотрансферная система, составной частью которой является белок-переносчик, находящийся в активной фосфорилированной форме. Фосфорилированный белок связывает свободный сахар на наружной поверхности мембраны и транспортирует его в цитоплазму, где сахар освобождается в виде фосфата. Поступив в клетку, органический источник углерода и энергии вступает в цепь биохимических реакций, в результате которых образуются АТФ и ингредиенты для биосинтетических процессов. Биосинтетические (конструктивные) и энергетические процессы протекают в клетке одновременно. Они тесно связаны между собой через общие промежуточные продукты, которые называются амфиболитами.
|
|
|
Культивирование бактерий в системах in vitro осуществляется на питательных средах. Искусственные питательные среды должны отвечать следующим требованиям:
1. Каждая питательная среда должна содержать воду, так как все процессы жизнедеятельности бактерий протекают в воде.
2. Для культивирования гетероорганотрофных бактерий в среде должен содержаться органический источник углерода и энергии. Эту функцию выполняют различные органические соединения: углеводы, аминокислоты, органические кислоты, липиды. Наибольшим энергетическим потенциалом обладает глюкоза, так как она непосредственно подвергается расщеплению с образованием АТФ и ингредиентов для биосинтетических путей. Часто используется в этих целях пептон — продукт неполного гидролиза белков, состоящий из поли-,олиго- и дипептидов. Пептон также поставляет аминокислоты для построения
бактериальных белков.
3. Для синтеза белков, нуклеотидов, АТФ, коферментов бактериям требуются источники азота, серы, фосфаты и другие минеральные вещества, в том числе микроэлементы.
Источником азота может служить пептон; кроме того, большинство бактерий способны использовать соли аммония в качестве источника азота.
Серу и фосфор бактерии способны утилизировать в виде неорганических солей: сульфатов и фосфатов.
|
|
|
Для нормального функционирования ферментов бактериям требуются ионы Са2+, Mg2+, Mn2+, Fe2+, которые добавляют в питательную среду в виде солей, чаще всего фосфатов.
4. Решающее значение для роста многих микроорганизмов имеет рН среды. Поддерживание 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. При сильном выделении бактериями кислот, как продуктов обмена, добавляют к питательной среде карбонат кальция СаС12.
5. 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.
Так как устойчивость к осмотическому давлению определяется наличием у бактерий клеточной стенки, бактерии, лишенные клеточной стенки, микоплазмы L-формы могут расти на питательных средах, содержащих гипертонический раствор, обычно сахарозы.
При необходимости к питательной среде добавляют факторы роста, ингибиторы роста определенных бактерий, субстраты для действия ферментов, индикаторы.
6. Питательные среды должны быть стерильными.
В зависимости от консистенции питательные среды могут быть:
1. жидкими,
2. полужидкими
3. плотными.
Плотность среды достигается добавлением агара.
Агар — полисахарид, получаемый из водорослей. Он плавится при температуре 100 °С, но при охлаждении остывает при температуре 45-50 °С. Агар добавляют в концентрации 0,5 % — для полужидких сред и 1,5—2 % — для создания плотных сред.
Преимуществом плотных питательных сред является возможность получения чистых культур микроорганизмов, а также сообществ микроорганизмов (колоний, бактериальных газонов), имеющих макроскопические размеры.
По составу питательные среды могут быть простыми и сложными.
К простым средам относятся пептонная вода, питательный бульон, мясопептонный агар.
На основе этих простых сред готовят сложные, например сахарный и сывороточный бульоны, кровяной агар.
|
|
|
В бактериологической практике используют среды,различные по происхождению.
Синтетическими питательными средами называют такие, которые состоят из растворов химически чистых соединений в точно установленных дозировках. Преимуществом синтетических сред являются их строго постоянный состав и воспроизводимость.
Полусинтетическиесреды включают наряду с химически чистыми соединениями перера 
ботанные нативные компоненты неопределенного состава — гидролизаты мяса, дрожжевой экстракт и т.д.
Натуральные питательные среды представляют собой неизмененные нативные (природные) компоненты (сыворотка крови, яичный белок и др.).
Различные потребности микробов отдельных видов обусловливают большое разнообразие питательных сред.
По целевому назначению питательные среды делят на основные, элективные и дифференциально-диагностические.
К основным относятся среды, применяемые для выращивания многих бактерий. Это пептические гидролизаты мясных, рыбных продуктов, крови животных или казеина, из которых готовят жидкую среду — питательный бульон и плотную — питательный агар. Такие среды также служат основой для приготовления сложных питательных сред — сахарных, кровяных и др., удовлетворяющих пищевые потребности патогенных бактерий.
Элективные питательные среды предназначены для избирательного выделения и накопления микроорганизмов определенного вида (или определенной группы) из материалов, содержащих разнообразную постороннюю микрофлору. При создании элективных питательных сред исходят из биологических особенностей, которые отличают данные микробы от большинства других. Например, избирательный рост стафилококков наблюдается при повышенной концентрации хлорида натрия, холерного вибриона — в щелочной среде и т.д.
В состав дифференциально-диагностической среды входят следующие компоненты: а) основная питательная среда, обеспечивающая размножение бактерий, б) определенный углевод (например, лактоза), способность использовать который является диагностическим признаком для данного вида, в) цветной индикатор (например, индикатор Андреде), изменение цвета которого свидетельствует о сдвиге рН среды в кислую сторону вследствие ферментации соответствующего углевода. Дифференциально-диагностические среды широко используют в лабораторных микробиологических диагностических исследованиях для дифференциации и идентификации бактерий.
|
|
|
Культивирование бактерий
а Выделение чистой культуры бактерий
Выделение отдельных видов бактерий из исследуемого материала, содержащего, как правило, смесь различных микроорганизмов, является одним из этапов любого бактериологического исследования, проводимого с различными целями: диагностики заболеваний, определения микробной обсемененности окружающей среды и т.д.
Чистой культурой называется популяция бактерий одного вида или одной разновидности, выращенная на питательной среде. Многие виды бактерий подразделяют по одному признаку на биологические варианты — биовары. Биовары, различающиеся по биохимическим свойствам, называют хемоварами, по антигенным свойствам — сероварами, по чувствительности к фагу — фаговарами и т.д. Культуры микроорганизмов одного и того же вида или биовара, выделенные из различных источников либо в разное время из одного и того же источника, называют штаммами, которые обычно обозначают номерами, какими-либо символами.
Колония представляет собой видимое изолированное сообщество микроорганизмов одного вида, образующееся в результате размножения одной бактериальной клетки на плотной питательной среде (на поверхности или в глубине ее).
|
|
|
