В зависимости от источника усвояемого углерода бактерии подразделяют на аутотрофы, которые используют для построения своих клеток неорганический углерод, в виде СО2, и гетеротрофы , которые используют органический углерод. Легкоусвояемыми источниками органического углерода являются гексозы, многоатомные спирты, аминокислоты, липиды.
Организмы, для которых источником энергии является свет, называются фототрофами. Те организмы, которые получают энергию за счет окислительно-восстановительных реакций, называют- схемотрофами.
Среди хемотрофов выделяют литотрофы , способные использовать неорганические доноры электронов и органотрофы, которые используют в качестве доноров электронов органические соединения.
Бактерии, изучаемые медицинской микробиологией, являются гетерохемоорганотрофами. Отличительной особенностью этой группы является то, что источник углерода у них является источником энергии.
Среди бактерий выделяют сапрофиты которые питаются мертвым органическим материалом и независимы от других организмов, и паразиты— гетеротрофные микроорганизмы, получающие питательные вещества от макроорганизма.
К факторам роста относятся витамины, аминокислоты, пуриновые и пиримидиновые основания.
Некоторые бактерии (особенно прихотливые или мутанты с наследственными дефектами) могут расти только в среде, дополненной определёнными компонентами, которые сами микроорганизмы синтезировать не могут. Эти компоненты известны как ростовые факторы, а подобные бактерии называют ауксотрофами.
Если ауксотрофия возникает в результате мутации, то «дикий», или основной тип, не нуждающийся в определённом факторе роста, называют прототрофным.
Вещества, присутствие которых обязательно для роста бактерий. Это может быть определённая аминокислота, например гистидин, для штамма Salmonella thyphimurium his (гистидин-отрицательный), ауксотрофного по гистидину, либо набор витаминов (лактофлавин, тиамин, биотин, фолиеван и пантотеновая кислота) и аминокислот, без которых нельзя вырастить молочнокислые бактерии.
Факторы, отсутствие которых не вызывает полной остановки роста культуры. Обычно это определённые витамины, входящие в состав простетических групп ферментов и необходимые в очень малых количествах.
дыхание бактерий – это цепь биохимических окислительно-восстановительных реакций, в ходе которых
образуется АТФ.
По отношению к кислороду, а также по использованию его в процессах получения энергии микроорганизмы подразделяются на три группы: облигатные аэробы, облигатные анаэробы, факультативные анаэробы.
Облигатные аэробы растут и размножаются только в присут- ствии кислорода, используют кислород для получении энергии путем кислородного дыхания. Энергию получают оксидативным метаболизмом, используя кислород как терминальный акцептор электронов в реакции, катализируемой цитохромоксидазой.
Облигатные аэробы подразделяются на строгие аэробы, которые растут при парциальном давлении воздуха, и микроаэрофилы, которые, используя кислород в процессах получения энергии, растут при его пониженном парциальном давлении.
Облигатные анаэробы не используют кислород для получения энергии. Облигатные анаэробы подразделяются на две группы: строгие анаэробы и аэротолерантные. Строгие анаэробы характеризуются тем, что молекулярный кислород для них токсичен: он убивает микроорганизмы или ограничивает их рост. Энергию строгие анаэробы получают маслянокислым брожением.
Аэротолерантные микроорганизмы не используют кислород для получения энергии, но могут существовать в его атмосфере. К ним относятся молочнокислые бактерии, получающие энергию гетеро- ферментативным молочнокислым брожением.
Факультативные анаэробы способны расти и размножаться как в присутствии, так и при отсутствии кислорода. Они обладают смешанным типом метаболизма. Процесс получения энергии у них может происходить кислородным дыханием в присутствии кислорода, а при его отсутствии переключаться на брожение. Для этих бактерий характерно наличие анаэробного нитратного дыхания.
Сероводород; индикатор – ацетат свинца; первоначально белая бумага окрашивается в черный цвет (образование сульфата свинца).
Протеолитическую активность бактерий можно определить путем посева чистой культуры уколом в столбик 10-20% желатина по наличию и характеру разжижения среды (в виде перевернутой елочки, гвоздя, воронки, наполненной разжиженным желатином).
Протеолитическую активность бактерий можно определить путем посева чистой культуры в столбик свернутой сыворотки по ее разжижению.
Протеолитическую активность бактерий можно определить путем посева чистой культуры на молочный агар Эйкмана по образованию зон просветления (протеолиза) вокруг колоний.
Определение каталазы проводят следующим образом: на предметное стекло наносят исследуемую культуру и добавляют каплю 3% раствора перекиси водорода. Выделение пузырьков кислорода указывает на наличие у микроба каталазы.
Определение ДНКазы проводят на агаре, содержащем ДНК в конечной концентрации и хлорид кальция. После выращивания наносят раствор соляной кислоты. При положительной реакции вокруг колоний на мутном фоне образуется прозрачная зона деполимеризованной ДНК.
Определение гемолизина проводят на кровяном агаре:
- альфа-гемолиз – зеленовато-коричневый ореол вокруг колоний (гемоглобин разрушен до метгемоглобина);
- бета-гемолиз – прозрачная зона гемолиза вокруг колоний (гемоглобин разрушен полностью);
- гамма-гемолиз – видимая зона гемолиза отсутствует.
На разной ферментативной активности бактерий основаны многие дифференциально-диагностические среды, например, среды Эндо, Левина и Плоскирева, используемые при диагностике кишечных инфекций.
Среда Эндо состоит из МПА, лактозы и индикатора (фуксин с сульфитом натрия - фуксин-сернистая кислота). Среда бледно-розового цвета. Микробы, имеющие фермент лактазу, ферментируют лактозу с образованием альдегидов, и фуксин-сернистая кислота переходит в альдегид-сернистое соединение. Фуксин восстанавливается, окрашивая колонии в красный цвет с металлическим блеском. Лактозоотрицательные бактерии образуют бесцветные (серовато-белые) колонии.
Среда Левина состоит из МПА, лактозы и индикатора (метиленовый синий, эозин, и калия гидроортофосфат). Эта среда красно-фиолетового цвета. Лактозоположительные бактерии образуют колонии темно-синего цвета с зеленым блеском, лактозоотрицательные - бесцветные (серовато-белые) колонии.
Агар Плоскирева состоит из МПА, лактозы и индикатора (бриллиантовый зеленый, соли желчных кислот, йод, нейтральный красный). Среда коричневато- красного цвета. Эта среда является не только дифференциально-диагностической, но и элективной, так как она подавляет рост многих микроорганизмов и способствует лучшему росту возбудителей брюшного тифа, паратифов и дизентерии.
23. Бактериологический метод изучения микроорганизмов. Принципы и методы выделения чистых культур аэробных и анаэробных бактерий.
Бактериологический метод диагностики
1 этап: Забор исследуемого материала для диагостики
2 этап: Получение изолированных колоний, в связи с чем проходит посев на питательные среды методом разобщения для накопления чистой культуры
3 этап: Изучение культуральных и морфологических свойств изолированных колоний. (отсев типичных колоний на МПА для накопления чистой культуры)
4 этап Идентификация чистой культуры. Признаки: морфологические, тинкториальные,культуральные, б/х, АГ-е, токсигенные, чувствительность к АБ и БФ
.
Основные принципы выделения и идентификации чистых культур бактерий
Чистую культуру бактерий получают для проведения дифференциально-диагностических исследований - идентификации, которая достигается путем определения морфологических, культуральных, биохимических и других признаков микроорганизмов.
Морфологические и тинкториальные признаки бактерий изучают при микроскопическом исследовании мазков, окрашенных разными методами и нативных препаратов.
Культуральные свойства характеризуются питательными потребностями, условиями и типом роста бактерий на плотных и жидких питательных средах. Они устанавливаются по характеру роста на питательной среде.
Модификации возникают как адаптивные реакции отдельных мик робных клеток или всей популяции в целом в ответ на изменяющиеся условия окружающей среды.
Модификации проявляются в изменении морфологических, биохимических и многих других признаков с последующей их реверсией к первоначальному фенотипу после устранения действия фактора.
Биохимическую основу модификации составляет индуцибельный синтез ферментов, заключающийся в индукции и репрессии соответствующих структурных генов, контролируемых регуляторными генами.
Стафилококки только в присутствии пенициллина синтезируют фермент, разрушающий данный антибиотик.
К модификациям можно отнести также запрограммированные изменения генетической информации, в основе которых лежат миграции гена на хромосоме и встраивание его с разной частотой в определенные локусы, в результате чего происходит изменение признаков.
Модификации могут возникать под непосредственным действием антибиотиков, например пенициллина. Образующиеся при этом L- формы бактерий, лишенные клеточной стенки, могут сохраняться и даже размножаться внутри клеток хозяина и вновь реверсировать к исходной форме после прекращения действия пенициллина.
Мутации — это изменения в последовательности отдельных нуклеотидов ДНК, которые фенотипически ведут к таким проявлениям, как изменения морфологии бактериальной клетки, возникновение потребностей в факторах роста.
Мутации могут быть спонтанными, т.е. возникающими само- произвольно, без воздействия извне, ииндуцированными.
Точенные спонтанные мутации возникают в результате ошибок при репликации ДНК, что связано с таутомерным перемещением электронов в азотистых основаниях.
По фенотипическим проявлениям мутации подразделяютна:
1) морфологические, в результате которых изменяется ряд морфологических признаков
2) биохимические, среди которых отмечены следующие:
• определяют зависимость от дополнительных факторов роста, или ауксотрофные;
• обеспечивают устойчивость к ингибиторам, антибиотикам, бактериоцинам, ядам или бактериофагам;
• связаны с чувствительностью к повышенной температуре (условно-летальные);
Генетическая рекомбинация — это взаимодействие между двумя ДНК, обладающими различными генотипами, которое приво- дит к образованию рекомбинантной ДНК, сочетающей гены обоих родителей.
Конъюгация
Передача генетического материала от клетки-донора в клетку- репипиент путем непосредственного контакта клеток называется конъюгацией.
Необходимым условием для конъюгации является наличие в клетке-доноре трансмиссивной плазмиды. Трансмиссивные плазмиды кодируют половые пили, образующие конъюгационную трубочку между клеткой-донором и клеткой-реципиентом, по которой плазмидная Д Н К передается в новую клетку.
Механизм передачи плазмидной ДНКиз клетки в клетку заключается втом, что специальный белок знает определенную последовательность в ДНК плазмиды
Затем цепь ДНК, с которой связан белок, переносится в клетку-реципиент, а неразорванная комплементарная цепь остается в клетке-доноре.
Клетки- доноры, обладающие F-фактором, обозначаются как F+-клетки, а клетки-реципиенты, не имеющие F-фактора, обозначаются как F - клетки.
Трансдукция
Трансдукцисй называют передачу бактериальной ДНК посред- ством бактериофага.
В процессе репликации фага внутри бактерий фрагмент бактериальной ДНК проникает в фаговую частицу и переносится в реципиентную бактерию во время фаговой инфекции. Существует два типа трансдукции: общая трансдукция — перенос бактериофагом сегмента любой части бактериальной .
Специфическая трансдукция наблюдается в том случае, когда фаговая ДНК интегрирует в бактериальную хромосому с образованием профага. В процессе исключения ДНК- фага из бактериальной хромосомы в результате случайного процес- са захватывается прилегающий к месту включения фаговой ДНК фрагмент бактериальной хромосомы, становясь дефектным фагом
Лизогения – приобретение бактериями новых свойств с помощью трансдуцирующих фагов
Трансформация
Процесс трансформации может самопроизвольно происходить в природе у некоторых видов бактерий, В. subtilis, И, influenzae, S. pneumoniae, когда ДНК, выделенная из погибших клеток, за- хватывается реципиентными клетками. Процесс трансформации зависит от компетентности клетки-реципиента и состояния до- норской трансформирующей ДНК.
Компетентность — это способность бактериальной клетки поглощать ДНК.
Трансформирующей активностью обладает только двунитевая высокоспирализованная молекула ДНК. Это связано с тем, что в клетку-реципиент проникает только одна нить ДНК, тогда как другая — на клеточной мембране — подвергается деградации с вы- свобождением энергии, которая необходима для проникновения в клетку сохранившейся нити.