Методы изучения протеолитической активности бактерий (реакции на индол, сероводород и др.)

Факторы роста

Факторы роста. Ауксотрофы и прототрофы.

В зависимости от источников азота – прототрофы – микроорганизмы, способные синтезировать все необходимые им органические соединения (углеводы, АК и др.) из глюкозы и солей аммония. Ауксотрофы – микроорганизмы, не способные синтезировать какое – либо из указанных соединений. Они ассимилируют эти соединения и другие факторы роста в готовом виде из окружающей среды или организма хозяина.

К факторам роста относят аминокислоты, пуриновые и пи-римидиновые основания, липиды, витамины, железопорфирины (гем) и другие соединения. Некоторые микроорганизмы самостоятельно синтезируют необходимые им ростовые факторы, другие получают их в готовом виде из окружающей среды.

Потребность того или другого микроорганизма в определенных ростовых факторах является стабильным признаком, который используется для дифференциации и идентификации бактерий, а также при изготовлении питательных сред для лабораторных и биотехнологических целей.

Аминокислоты. Многие микроорганизмы, особенно бактерии, нуждаются в тех или других аминокислотах (одной или нескольких), поскольку они не могут их самостоятельно синтезировать, например клостридии - в лейцине, тирозине, стрептококки - в лейцине, аргинине и др. Такого рода микроорганизмы называются ауксотрофны-ми по тем аминокислотам или другим соединениям, которые они не способны синтезировать.

Пуриновые и пиримидиновые основания и их производные (аденин, гуанин, цитозин, урацил, тимин и др.) являются факторами роста для разных видов стрептококков, некоторые азотистые основания нужны для роста стафилококков и других бактерий. В нуклеотидах нуждаются некоторые виды микоплазм.

Липиды, в частности компоненты фосфолипидов - жирные кислоты, нужны для роста некоторых стрептококков, микоплазм. Все виды микоплазм ауксотрофны по холестерину и другим стеринам, что отличает их от других прокариот. Эти соединения входят в состав их цитоплазматической мембраны.

Витамины, главным образом группы В, входят в состав коферментов или их простетических групп. Многие бактерии ауксотрофны по определенным витаминам. Например, коринебактерии дифтерии, шигеллы нуждаются в никотиновой кислоте или ее амиде, который входит в состав НАД и НАДФ, золотистый стафилококк, пневмококк, бруцеллы - тиамине (В₁), входящем в состав пирофосфата, некоторые виды стрептококков, бациллы столбняка - в пантотеновой кислоте, являющейся составной частью кофермента КоА и т.д. Кроме того, факторами роста для многих бактерий являются фолиевая кислота, биотин, а также гемы - компоненты цитохромов. Последние необходимы гемофильным бактериям, микобактериям туберкулеза и др.

24. Ферменты бактерий. Химическая природа. Экзо - и эндоферменты, их зачение в метаболизме клетки. Конститутивные и индуцибельные ферменты. Примеры. Классы ферментов: оксидоредуктазы, трансферазы, гидролазы, лиазы, изомеразы и синтетазы (лигазы).

Метаболизм – совокупность двух противоположных, но взаимосвязанных процессов – катаболизма (энергетич. обмена) и анаболизма (пластического обмена)

У прокариот, также как и у эукариот, в процессе ферментативных катаболических реакций происходит выделение энергии, кот. Аккумулируется в молекулах АТФ. В процессе ферментативных анаболич. реакций эта энергия расходуется на синтез макромолекул орг.соединений, из кот.монтируются биополимеры – составные части микробной клетки.

Микроорганизмы синтезируют многочислен.ферменты, кот принадлежат ко всем известным классам: оксидоредуктазы, трансферазы, лиазы, гидролазы, изомеразы, лигазы.

Ферментный состав любого микроорганизма определяется его геномом. Определение сахаролитических, протеолитических и др.ферментов применяется для идентификации бактерий.

Эндоферменты локализуются в цитоплазме, цитоплазм.мембране, и периплазматическом пространстве.

Экзоферменты выделяются в окруж.среду, где они расщепляют макромодекулы до простых соединений, кот.затем транспортируются с микробную клетку (напр, гидролазы)

Конститутивные ферменты постоянно синт-ся в микробн.клетках в определенных концентрациях (напр, ферменты гликолиза)

Индуцибельные – их концентрация резко увелич-сяв зависимоти от наличия субстрата (напр, ферменты транспорта и катаболизма лактозы)

Все биохимические процессы в клетке микро­организмов, связанные с метаболизмом, ростом и размножением, совершаются при участии ферментов (энзимов). Ферменты синтезируются самой микробной клеткой, и имеют сложное строение. Они представляют собой либо только белок с высокой молекулярной массой (трипсин, пепсин и др.), либо состоят из белка (апофермента), связанного с кофактором (коферментом). Кофермент может быть низкомолекулярным неорганическим (металл) или органическим ве­ществом.

Классификация ферментов основана на типах реакций, которые они катализируют. Все ферменты делятся на шесть классов:

1). Оксидоредуктазы - ферменты переноса электронов. Эти ферменты катализируют окис­лительно-восстановительные реакции. К ним отно­сятся дегидрогеназы (НАД, НАДФ, ФАД), каталаза, цитохромы.

2). Трансферазы - ферменты переноса групп между молекулами от одних соединений к другим. К ним относятся ацетилтрансфераза, фосфотрансфераза, аминотрансфераза.

3). Гидролазы - ферменты переноса функциональных групп с участием воды. К этому классу ферментов относятся пептидгидролазы, глюкозидаза, амилазы, эстеразы, липаза, фосфатаза.

4). Лиазы - ферменты, отщепляющие или присоединяющие без участия воды различные соединения с двойной связью. К этим ферментам относятся пируватдекарбоксилаза, альдолаза.

5). Изомеразы - ферменты, переносящие группы внутри молекул с образованием изомерных форм. К этим ферментам относятся триизофосфатизомераза, глюкозофосфатизомераза.

6). Лигазы (синтетазы) - ферменты, объединяющие две молекулы с одновременным разрывом фосфатных связей с использованием энергии АТФ. К лигазам относятся ферменты, катализирующие синтез сложных органических веществ из простых соединений (аспарагинсинтетаза, кокарбоксилазы).

Активность ферментов измеряют в международных еди­ницах (ME). 1 ME соответствует количеству ферментов, пре­вращающему один микромоль субстрата в 1 минуту в стандарт­ных условиях.

У бактерий различают эндоферменты и экзоферменты. Эндоферменты находятся внутри бактериальной клетки, катализиру­ют внутриклеточные процессы обмена веществ. Экзоферменты выделяются во вне­шнюю среду и выполняют функцию расщепления сложных питательных веществ.

Ферменты агрессии. У патогенных бактерий имеется особая группа экзоферментов, которые называются ферментами агрессии. Они выполняют функции облегчения проникновения и распространения бактерий в тканях организма хозяина и ослабления его защитных свойств. К ферментам агрессии относятся: гиалуронидаза, нейраминидаза, коллагеназа, протеазы, фибринолизин, гемолизин, лейкоцидин. Конститутивные и индуцибельные ферменты. Ферменты, которые синтезируются клеткой с постоянной скоростью, независимо от наличия субстрата в среде называются конститутивными. Индуцибельные (адаптивные) ферменты образуются только в присутствии соответствующего субстрата в сре­де. Например, фермент бета-галактозидаза начинает синтезироваться только при добавлении в питательную среду углевода лактозы, которую этот фермент расщепляет с образованием глюкозы и галактозы.

25. Методы изучения ферментативной активности бактерий и использование ее для идентификации бактерий.

Обязательным условием идентификации выделенной чистой культуры бактерий является определение ферментативной активности в отношении углеводов и белков (биохимический «паспорт» вида). Для выявления ферментов, расщепляющих углеводы (сахаролитические ферменты) используют дифференциально-диагностические среды Гисса. В состав сред Гисса входит пептонная вода, индикатор рН, поплавок для улавливания газа и один из углеводов (глюкоза, лактоза, мальтоза, маннит, сахароза, крахмал и т.д.). Если бактерии расщепляют углевод, то образуется кислота и при этом меняется цвет среды за счет находящегося в ней индикатора рН. Большинство патогенных бактерий расщепляют углеводы с образованием только кислоты; некоторые виды ферментируют углеводы с образование кислоты и газа (СО2). При этом меняется цвет среды и в поплавке появляется пузырек газа.

Протеолитическая активность бактерий. Показателями глубокого расщепления белка является образование индола, аммиака, сероводорода. Для выявления этих газообразных веществ делают посевы чистой культуры бактерий на мясо-пептонный бульон или пептонную воду в пробирки со специальными бумажными индикаторами. При наличии продуктов расщепления меняется цвет соответствующего индикатора. Протеолитическую активность бактерий определяют также путем посева чистой культуры уколом в столбик желатина по наличию и характеру разжижения среды, например, в виде перевернутой елочки, гвоздя, воронки и т.д.

27. Принципы определения каталазной и плазмокоагулазной активности стафилококков.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛАЗМОКОАГУЛАЗЫ осуществляется путем посева культуры стафилококка в узкую пробирку с 0,5 мл 5% кроличьей или человеческой цитратной плазмы. Посевы помещают в термостат на 6-10 часов с регистрацией результатов через 1, 2, 3 и 6 часов. Плазма человеческой крови дает непостоянные результаты, а донорская плазма с глюкозой и мертиолятом вообще не пригодна. В случае же невозможности замены человеческой плазмы ее используют только после 10-кратного разведения физиологическим раствором

Наряду с классическим методом определения плазмокоагулазы применяется также реакция плазмокоагуляции на стекле или ускоренный "слид-тест". Этот методический прием основан на способности коагулазоактивных стафилококков склеиваться плазмой крови и коагулировать ее. Коагулазо-отрицательные штаммы таким свойством не обладают. Для выполнения реакции берут каплю воды, суспендируют в ней испытуемую культуру, после чего добавляют одну каплю разведенной плазмы крови кролика или человека. Через 15-60 секунд образуется плазменный сгусток. Более поздняя (позже минуты) реакция считается сомнительной, а реакция, наступившая через 3 минуты,- отрицательно

А)Тест на каталазную активность

Каталазная активность свойственна большинству патогенных аэробных микроорганизмов. Облигатные анаэробы и многие микроаэрофилы каталазу не образуют.

Каталаза разлагает перекись водорода с образованием кислорода:

Для выявления каталазной активности наносят каплю 10%-ного раствора

пероксида на колонию или суспензию клеток. Выделение O, хорошо заметное по

образованию пузырьков газа, свидетельствует о продукции штаммами каталазы.

Определение плазмокоагулазной активности

Б)Плазмокоагулазную активность изучают, используя сухую цитратную кроличью плазму или плазму крови, взятую из сердца. Перед исследованием сухую плазму разводят 1:5 0,9%-ным раствором хлорида натрия, затем 0,5 мл разведенной плазмы вносят в стерильную пробирку и в ней суспендируют одну петлю 18 - 20-часовой агаровой культуры. Пробирки помещают в термостат при (37 +/- 1) °С и через 1, 2, 3, 18 и 24 ч проверяют наличие свертывания плазмы. Реакция считается положительной независимо от степени свертывания плазмы. В качестве контроля ставят реакцию со стафилококком, обладающим и не обладающим плазмокоагулазой. Одновременно у испытуемого штамма можно установить наличие фибринолитической активности.

28. Пигменты бактерий, классификация по растворимости в воде. Примеры, их значение.

Образование пигментов происходит при хорошем доступе кислорода и определенном составе питательной среды. По химическому составу и свойствам пигменты неоднородны и подразделяются на:

— растворимые в воде (пиоцианины синегнойной палочки);

— растворимые в спирте;

— нерастворимые в воде;

— нерастворимые в воде и спирте.

Бактерии могут образовывать пигменты разного цвета:

красный — Serratia marcescens; кремовый — Staphilococcus aureus; желтый — Scifreus; синий — синегнойная палочка и т. д.

Пигменты бактерий защищают их от природной ультрафиолетовой радиации, участвуют в процессах дыхания, реакциях синтеза, обладают антибиотическим действием.

Фотогенные бактерии, т. е. бактерии, способные светиться, — это своеобразная форма освобождения энергии при окислительных процессах. Чем сильнее приток кислорода, тем сильнее свечение бактерий.

Светящиеся бактерии называют «фотобактериями». К ним относится большая группа физиологически сходных, но морфологически различимых бактерий (кокки, палочки, вибрионы). Они являются не образующими спор вибрионами. Большая часть видов светящихся бактерий выделена из морской воды; они не вызывают гниения, культивируются в обычных средах. Из некоторых бактерий были получены экстракты, испускающие свет в темном помещении, из некоторых экстрактов был выделен люциферин и фермент люцифераза.

Типичный представитель фотогенных микробов Photobacterium phosphoreum — неподвижная кокковидная бактерия, развивающаяся при температуре 28 °С.

Патогенных для человека видов в группе фотогенных бактерий не установлено.

Аромат-образующие микробы — микроорганизмы, которые обладают способностью выделять летучие вещества, вырабатываемые ими в процессе жизнедеятельности. Они образуют уксусно-этиловый и уксусно-амиловый эфиры.

Ароматические свойства вин, молочных продуктов, почвы, сена и других веществ зависят от деятельности некоторых видов микроорганизмов. Ароматичность молочным продуктам, особенно маслу, придает такая бактерия, как Теисо-nostos cremoris.

С помощью микробов путем сбраживания навоза, растительных остатков и бытовых отходов получают метан, который используется во многих странах для отопления помещений.

Промышленные предприятия уже начали выпуск микробного белка, используемого для корма животных и птиц. С помощью микробов можно получить витамины, ферменты (амилазу, лактозу, пенициллиназу, протеазы.)

Патогенные представители вырабатывают ядовитые для человека и животных вещества — токсины, которые делятся на 2 группы:

1. Экзотоксин — белки, которые клетка выделяет во внешнюю среду, обладает выраженными иммуногенными и антигенными свойствами. Часто они состоят из двух фрагментов — А и В. В-фрагмент способствует адгезии, инвазиии. А — обладает выраженной активностью по отношению к внутренним системам клетки.

2. Эндоксин — тесно связан с телом микробной клетки, так как локализуется в липополисахаридном слое клеточной стенки. Действие эндоксинов на организм не отличается специфичностью.

29. Основные типы биологического окисления субстрата бактериями. Аэробы, факультативные анаэробы, микроаэрофилы, анаэробы. Примеры.

Процесс биологического окисления дает энергию, необходимую для жизни клетки. Сущность процесса заключается в последователь­ном окислении субстратов с постепенным освобождением энергии. Энергия запасается в молекулах АТФ.

Окислению подвергаются углеводы, спирты, органические кис­лоты, жиры и другие вещества. Но для большинства микроорганизмов источником энергии служат гексозы, в частности, глюкоза.

У микроорганизмов существует два типа биологического окис­ления: аэробный и анаэробный. При аэробном типе участвует кисло­род, и этот процесс называется дыханием в строгом смысле слова. При анаэробном типе биологического окисления освобождение энергии из органических молекул происходит без участия кислорода и называет­ся брожением.

Начальный этап анаэробного расщепления глюкозы с образова­нием пировиноградной кислоты (ПВК) происходит одинаково. Эта кислота является тем центральным пунктом, от которого расходятся пути дыхания и многих видов брожений.

При аэробном типе дыхания пировиноградная кислота вступает в цикл трикарбоновых кислот. Водород ПВК поступает в дыхательную цепь. Это цепь окислительных ферментов (цитохромы и цитохромоксидаза). По цепи цитохромов передается водород и присоединяется к активированному под действием цитохромоксидазы кислороду с об­разованием воды. Конечные продукты аэробного окисления глюкозы - диоксид углерода (углекислота) и вода. В процессе дыхания на одну молекулу глюкозы образуется 38 молекул АТФ.

При анаэробном типе биологического окисления энергия образу­ется в результате брожений. При спиртовом брожении ПВК превра­щается в конечном итоге в спирт и углекислоту. Конечным продуктом молочнокислого брожения является молочная кислота, маслянокислого брожения - масляная кислота. При процессах брожения на одну моле­кулу глюкозы образуется только 2 молекулы АТФ.

Все микро­организмы по типу дыхания делятся на следующие группы: облигатные аэробы, облигатные анаэробы, факультативные анаэробы, микроаэрофилы.

Облигатные аэробы размножаются только при наличии свободно­го кислорода. К ним можно отнести микобактерии туберкулеза, хо­лерный вибрион, чудесную палочку.,

Облигатные или строгие анаэробы получают энергию при от­сутствии доступа кислорода. Они имеют неполный набор окислитель­но-восстановительных ферментов, у них нет цитохромной системы, поэтому у них не происходит полного окисления субстрата (глюкозы) до конечных продуктов - СО2 и Н2О. Более того, в присутствии свобод­ного кислорода образуются токсические соединения: перекись водо­рода Н2О2 и свободный перекисный радикал кислорода О2. Аэробы при этом не погибают, так как продуцируют ферменты, разрушающие эти токсические соединения (супероксиддисмутазу и каталазу). Спорообразующие анаэробы в этих условиях прекращают размножение и превращаются в споры. Неспорообразующие анаэробы погибают даже при кратковременном контакте с кислородом.

К облигатным спорообразующим анаэробам относятся клостридии столбняка, ботулизма, анаэробной раневой инфекции; к неспорообразующим анаэробам - бактероиды, пептобактерии, бифидумбактерии.

Большинство патогенных бактерий - факультативные (условные) анаэробы, например, энтеробактерии. Они имеют полный набор фер­ментов и при широком доступе кислорода окисляют глюкозу до ко­нечных продуктов; при низком содержании кислорода они вызывают брожение.

Микроаэрофилы размножаются в присутствии небольших коли­честв кислорода. Например, кампилобактеры могут размножаться при 3-6% кислорода.

Дата добавления: 2017-02-01