Живлення мікроорганізмів

Для того, щоб жити, розвиватися, розмножуватися, рухатися мікроорганізми мають живитися. Вони переробляють речовини, що надходять із зовнішнього середовища, а продукти власного тіла виділяють назовні. Живий організм та умови його існування, зокрема й мікробів, знаходитися в постійній залежності та нерозривному зв'язку з умовами оточуючого середовища.

Процес обміну речовин полягає в тому, що організм поглинає ззовні органічні ре­човини, неорганічні солі та воду, переробляє їх та повертає в навколишнє середовище речовини, які називають кінцевими продуктами. Таким чином, обмін речовин фактич­но складається з двох протилежних, але нерозривно пов'язаних процесів — асиміляції та дисиміляції. Асиміляція — це не лише поглинання речовин з навколишнього сере­довища, а й своєрідна та складна переробка, утилізація та синтез органічних речовин.

Живлення мікробів має свої особливості, що різко відрізняють їх від решти інших організмів. До таких особливостей слід віднести надзвичайно високу інтенсивність процесів обміну. При існуванні в придатному живильному середовищі мікробна клітина може переробляти за добу обсяг продукту, що в 25-30 разів більший за її вагу.

Мікроорганізми не мають спеціальних органів травлення та виділення. Обмін речо­вин у них відбувається через всю поверхню клітини. Активна роль у цьому процесі на­лежить клітинній оболонці та цитоплазматичній мембрані, що функціонують по типу напівпроникних оболонок. Вони складаються з ліпоїдно-протеїнових комплексів, які мають мозаїчне розташування. Протеїнові ділянки пропускають воду та розчинні в ній сполуки, а ліпоїдні — речовини, розчинні в ліпоїдах. Отже, поживні речовини в оточу­ючому середовищі для мікроорганізмів мають бути в розчиненомустані (у воді чиліпоїдах).

Більшість органічних речовин мають велику молекулярну вагу (наприклад, білки, жириполісахариди) та не здатні проникати через мембрану клітини без попереднього розщеплення на простіші сполуки (пептони, поліпептиди, амінокислоти жирні кислоти, моно- та дицукри). Процес розщеплення великих молекул здійснюють екзоферменти, що екскретуються мікробною клітиною в оточуюче середовище Таким чином, мікроорганізми мають так зване зовнішнє, чи позаклітинне травлення. Подальший розпад поживних речовин, що надійшли до клітини, і будування з них складних речовин протоплазми здійснюється всередині клітин під дією ендоферментів.

Швидкість надходження поживних речовин до клітини та виводу з неї продуктів обміну залежить від ряду факторів. Основну роль у цьому процесі відіграють концент­рація поживних речовин та їх хімічна структура, електричний заряд, рН середовища.

Усі мікроорганізми потребують так званих органогенних речовин: вуглецю, кисню, азоту, водню. У значній кількості їм необхідні сірка та фосфор. Крім того, їм потрібні макроелементи (Са, К, Mg, Мn), мікроелементи (Cu, Co, В, Мо) та фактори росту (вітаміни).

Живлення мікробів — це процес засвоєння та перебудови джерел вуглецю в органічні компоненти клітини. Тому, за відношенням до джерел вуглецевого живлення мікроорганізми поділяють на автотрофи та паратрофи.

Автотрофні мікроорганізми задовольняють свої потреби у вуглецю за рахунок вуглекислоти атмосфери. До них належать багато видів бактерій ґрунту (наприклад нитрифікатори, сіркобактерії, залізобактерії та інші), які отримують необхідну енергію за рахунок окислення найпростіших мінеральних речовин (наприклад, амоніаку, сірководню тощо). Цей процес називається хемосинтезом, для значної групи мікроорганізмів найбільш придатним джерелом водню є органічні сполуки. Такі мікроорганізми називають гетеротрофами. До складу цієї групи входять сапрофіти, або метатрофи (збудники бродіння, гнилісні мікроби), що харчуються мертвими залишками рослинних і тваринних тканин, та паразити, або паратрофи, що харчуються речовинами живих організмів (збудники різних інфекцій у тварин та рослин). Серед паратрофів є строгі паразити, що живуть тільки за рахунок живих клітин (віруси, рикетсії).

Необхідну енергію гетеротрофні мікроорганізми отримують за рахунок окислення чи бродінням органічних сполук. Джерелом вуглецю для них можуть бути найрізнома­нітніші органічні сполуки, починаючи під моносахаридів до складних вуглеводів, білків та жирів.

Для отримання чистих культур мікроорганізмів, вивчення їх морфологічних та фізіологічних властивостей, а також для накопичення великої кількості мікробів у лабораторних умовах їх вирощують на поживних середовищах.

Нормальним розвиток мікроорганізмів може бути лише за умов, якщо поживне середовище, на якому їх вирощують, містить усі необхідні елементи. До складу живильного середовища мають входити і такі компоненти, що обумовлюють оптимальні окисно-відновні умови, необхідну реакцію середовища, осмотичний тиск тощо. Факторами, що забезпечують розвиток мікроорганізмів на поживному середовищі, є вологість, температура, аерація. Тому, одне і те ж поживне середовище може бути відмінним субстратом для одних та абсолютно непридатним для культивування інших. Це пояснюється тим, що різні мікроорганізми потребують для розвитку різні джерела „сировини”. Одним бактеріям необхідні готові органічні речовини, вітаміни, цукри, іншим - прості неорганічні сполуки та вуглекислий газ. Тому немає і не може бути універсального живильного середовища, однаково придатного для уcix мікроорганізмів. При культивуванні мікробів готують живильні середовища такого складу, який найкраще відповідає вимогам тієї або іншої фізіологічної групи мікробів або прояву їх певних властивостей залежно від мети. Таким чином, для виділення та вивчення властивостей мікробів застосовують велику кількість середовищ, різних за походженням, консистенцією, складом та призначенням.

Залежно від походження середовища поділяють на природні та штучні. Серед останніх виділяють в особливу групу синтетичні середовища.

Природними поживними середовищами називаються такі, що являють собою натуральний продукт - молоко, яйця, овочі або природний субстрат - звернута сироватка крові, жовч тощо.

Штучні поживні середовища готують за певними рецептами з різних настоїв або відварів тваринного чи рослинного походження здодаванням неорганічних солей, вуглеводів та азотистих сполук.

Синтетичні середовища готуються з хімічно чистих речовин (солей, вуглеводів, амінокислот, вітамінів та ін.) у певних співвідношеннях.

За консистенцією розрізняють середовища рідкі, напіврідкі та щільні (тверді). Рідкі середовища складаються з води та розчинених у ній речовин (м'ясна вода, м'ясо-пептидний бульйон, бобово-пептидний бульйон та ін.). Щільні штучні поживні середовища готують додаванням до рідкого середовища ущільнюючих речовин - желатину (10-15%), агар-агару (1-2%).

Напіврідкі середовища містять ті ж самі ущільнюючі речовини але в більшій кіль­кості.

За призначенням поживні середовища поділяються на звичайні, спеціальні, елективні та деференційно-діагностичні.

Звичайні середовища застосовують для вирощування більшості мікроорганізмів (бобово-пептонний та м'ясо-пептонний агар та ін).

Спеціальні середовища застосовують для вирощування та культивування окремих груп мікроорганізмів, наприклад, середовище Омелянського - для виділення збудників аеробного розпаду клітковини, середовище Чапека - для культивування грибів та ін.

Елективні середовища придатні для розвитку одного виду мікробів, пристосованого до певних умов існування, інші організми або зовсім не ростуть на таких середовищах, або їх розвиток сильно затримується. До таких середовищ відносять накопичувальні середовища C.M. Виноградського для більшості мікроорганізмів ґрунту.

Диференційно-діагностичні середовища застосовують для вивчення біохімічних властивостей мікробів та виділення чистих культур деяких з них. Вони дозволяють ви­явити ензими, що виділяють мікроби, одні з яких розщеплюють у різному ступені біл­ки та вуглеводи, а інші здійснюють реакції окислення та відновлення (рідкі середовища Гісса з вуглеводами, щільні середовища з індикаторами - Ендо, Левина, Плоскірева та інші).

До окремої групи належать так звані селективні середовища. На них проводять селекцію мікробів за якоюсь ознакою, наприклад, середовище з пеніциліном є селективним для пеніцилінстійких бактерій.

Зараз велику кількість поживних середовищ готують за спеціальними рецептами на фабриках та випускають у вигляді сухих порошків або рідких концентратів.

Будь-яке поживне середовище, що застосовують, для вирощування мікроорганізмів, має задовольняти такі потреби:

1) містити необхідні для мікроорганізмів поживні речовини; джерела азоту, вуглецю, кисню та водню, неорганічні солі фактори росту;

2) бути вологим, оскільки мікроби засвоюють лише розчинені поживні речовини;

3) бути стерильним, тобто не містити ніяких інших мікробів;

4) бути прозорим, що забезпечує можливість спостереження за характером росту культури і тими змінами, що відбуваються в середовищі у результаті життєдіяльності мікроорганізмів;

5) мати відповідну рН.

Визначення рН живильного середовища. Ріст мікробів, їх морфологічні та фізіологічні властивості проявляються лише на живильному середовищі, що має оптимальну для даного виду (штаму) рН. Для більшості бактерій оптимум рН 7,0-8,0, тобто вони розвиваються в слаболужному середовищі, в той час як плісняві гриби та дріжджі розвиваються у кислому середовищі при рН 6,8-4,5.

Найпростішим методом визначення реакції середовища є використання лакмусово­го папірця, але він є досить неточним і не застосовується в мікробіологічній практиці.

Досить точним та зручним методом євизначення концентрації йонів водню в середовищі калориметричним шляхом у спеціальних приладах - компараторах Міхаеліса. Суть його полягає в тому, що деякі речовини — так звані індикатори, змінюють інтенсивність забарвлення залежно від реакції середовища - його рН. Інтенсивність забарвлення є показником кислотності чи лужності в пробірці. В апараті Міхаеліса індикатором є метанітрофенол та паранітрофенол. Метанітрофенол використовують при визначенні рН вище 7.0, а паранітрофенол - при рН нижче 7,0. Стандартом є рідина в запаяних ампулах, що має колір, відповідний до певної рН.

Техніка визначення рН. У пробірку наливають 2 мл проби, 4 мл дистильованої води та 1 мл індикатора. Пробірку ставлять в апарат, у середнє гніздо першого ряду. Поряд з цією пробіркою, в 1 та в 3 гнізда ставлять пробірки, що містять по 2 мл дослід­жуваного середовища та по 5 мл дистильованої води (без індикатора). Позаду дослід­жуваної пробірки (тобто на 5 місце) ставлять пробірку з 7 мл дистильовано води, а по боках від неї, на 4, 6 місця, ставлять запаяні стандартні пробірки з набору з потрібною рН.

Пробірку роздивляються у світлі, що проходить через нижні отвори компаратору на фоні блакитного чи молочно-білої скляної пластинки. Якщо колір рідини вдосліджуваній пробірці світліший за колір стандарту, то середовище кисле. У пробірку з середовищем додають збюретки по краплинах 0,1 н розчин лугу, якщо ж колір рідини в досліджуваній пробірці буде темнішим, то середовище є лужним. До середовища по краплинах слід додати 0,1 н розчин соляної кислоти. Після додавання кожної краплини вміст пробірки слід перемішувати скляною паличкою. Розчин лугу (або кислоти) додають доти, доки колір досліджуваного середовища не буде збігатися зкольором стандартного розчину.

Слід точно враховувати кількість лугу (кислоти), витрачену на доведення дос­ліджуваного середовища до необхідної рН. За кількістю витраченого на нейтралізацію середовища розчину розраховуємо кількість кислоти (або лугу) яку необхідно долити до всього обсягу приготованого середовища, щоб встановити потрібну рН. Зауважимо, при стерилізації середовища рН зміщується на 0.1 - 0.2 в кислий бік.

Дата добавления: 2014-10-23