Влияние факторов окружающей среды на микроорганизмы

Снаружи клеточная стенка прокариот часто окружена слизистым веществом. Такие образования получили названия капсул, слизистых слоев или чехлов.

Спорообразование

Споры, а точнее эндоспоры бактерий относятся к покоящимся формам бактерий.

Систематика прокариот. Систематика – это теория многообразия организмов, изучающая отношение между их группами.

Следует различать 2 вида классификации: филогенетическая, или естественная, и искусственная. Искусственная классификация преследует практические цели, заключающиеся в быстрой идентификации прокариот. Наиболее четко эта тенденция получила свое выражение в определителе бактерий Берги.

Эукариотные микроорганизмы

Пептидогликам у эукариот не синтезируется. Цитоплазма часто находится в движении, что заметно по перемещению отдельных органелл. Ядро эукариот – важнейшей органеллой эукариотной клетки является ядро. Это очень сложная структура. Ядро содержит почти все количество ДНК клетки. Подобно высшим организмам ядро эукариот окружено ядерной оболочкой.

У некоторых эукариотных микроорганизмов происходит половое размножение. Суть его состоит в том, что половые клетки (гаметы) и их ядра сливаются. Еще одно важное различие между ЭК и ПК состоит в том, что ЭУ клетки кроме ядра содержит целый ряд других ограниченных мембранами внутриклеточных органелл.

Микроскопические грибы. Вегетативное тело грибов состоит из нитей толщиной около 5 мкм – гифов. Всю совокупность гифов называют мицелием. Большинство грибов размножаются как половым, так и бесполым путем.

Влажность. Ни один из экологических факторов не определяет в такой мере развитие микроорганизмов, как влажность. Объясняется это тем, что все биохимические реакции проходят в водной среде; клетка на 80-90 % состоит из воды.

Микроорганизмы по разному относятся к недостатку влаги. Наиболее в ней нуждаются нитрифицирующие и азотофиксирующие бактерии. Другие могут выдерживать длительное высушивание: холерный вибрион – 2 сут, туберкул. палочка – 90 дней. Особенно устойчивы к высушиванию споры.

Температура. По отношению к t° все микроорганизмы делятся на три группы: психрофилы, мезофиллы и термофилы.

Осмотическое давление. Осмотическое давление внутри клеток бактерий соответствует раствору сахарозы с массовой долей 10-20%. Если их поместить в раствор с более высоким осмотическим давлением, то они не смогут из него извлекать воду (физиологическая сухость)и погибнут от плазмолиза. Если наоборот, осмотическое давление среды будет ниже, то клетки разорвет от избытка влаги внешней среды – это явление называется плазмоптизом.

Электромагнитные волны. Излучение действует на организмы или вещества только в том случае, если оно поглощается ими. Видимый свет (l=300-1000 нм) оказывает благоприятное действие на: пурпурные и зеленые бактерии, содержащие хлорофилл. Рассеянный свет хотя и не оказывает губительно действия, значительно задерживает размножение. Прямым солнечным лучам свойственно бактерицидное действие, что связано с активностью коротковолновой части – УФЛ (10-3000 нм).

Ультразвук – это высокочастотные колебания звуковых волн более 20000 Гц. Он оказывает многообразное действие на микроорганизмы. Может вызывать:

- разрыв клеток и клеточных структур

- поражение внутриклеточных элементов

- морфологические, функциональные, биохимические изменения.

Влияние гидростатического давления на микроорганизмы. Бактерии относительно мало чувствительны к изменению гидростатического давления.

Активная кислотность влияет двояко:

- это непосредственное воздействие ионов Н⁺ или ОН^- на клетку (состояние мембранных белков, их синтез);

- косвенное действие, т.к. рН регулирует степень диссоциации веществ, которые имеют существенное значение, либо токсичны для микроорганизмов.

Отношение к молекулярному кислороду. Микроорганизмы, для роста которых О₂ необходим, называются облигатными аэробами. Принципиально отличной группой являются облигатные анаэробы, энергетические и конструктивные процессы которых происходят без участия молекулярного кислорода (живут за счет сбраживания веществ). Между двумя названными группами есть все степени переходов, но промежуточные положение занимает особая группа микробов – факультативно-анаэробные. Они способны к аэробному окислительному и анаэробному бродильному существованию - дрожжи, все энтеробактерии.

Химические вещества могут быть по эффекту

1) стимулирующими;

2) микробостатическими (statis – греч. «остановить») или фунгиостатическими

3) микробоцидными (бактерицидные, фунгицидные)

Вещества, оказывающие на микробы отрицательное действие, называются антимикробными.

В ходе эволюции каждая группа организмов вынуждена была приспособиться к окружающим ее организмам. И только некоторые приобрели способность развиваться в физико-химических нишах. Другие же адаптируются к существованию с другой формой жизни. Это биологическое явление называют симбиозом.

Разные типы симбиоза различаются по относительной выгоде, получаемой каждым из партнеров. При мутуалистическом (взаимовыгодном) симбиозе оба партнера выигрывают от ассоциации; при паразитическом – выгоду извлекает один из партнеров, тогда как второй не выигрывает ничего, а часто даже получает повреждение.

Питание микроорганизмов

По химическому составу клетки микроорганизмов сходны с другими живыми клетками. Большую часть вегетативной клетки составляет вода: 75-85 % от общего веса. Вода находится в клетке в свободном и связанном (с белками, полисахаридами, липидами) состоянии. Среднестатистический состав клеток представлен углеродом С - 50 %, кислородом О - 20 %, азотом N - 14 %, Н - 8 %. О минеральных элементах будет сказано отдельно. Органические вещества в клетках м/о в отличие от высших растений и животных содержатся не в чистом виде, а соединены друг с другом в сложные биомолекулы.

Минеральные вещества. Составляют 1,3 - 13,9 % от сухого веса клетки, что зависит от вида бактерий, их возраста и особенно состава среды. Они необходимы для активации ферментативных реакций, регулирования осмотического давления, используются для биосинтеза макромолекул.

Некоторые м/о нуждаются в определении концентрации отдельных веществ, которые сами не могут синтезировать: аминокислоты, витамины, пурины и др. Такие вещества называют факторами роста, а м/о, которые в них нуждаются - ауксотрофными по данному веществу.

Для характеристики типа питания микроорганизмов используются термины, которые учитывают источник энергии, донор водорода (электронов) и источник углерода. Обычно ограничиваются указанием основного способа получения энергии и донора водорода. Если следовать этому правилу, то существует 3 группы микроорганизмов, отличающихся по типу питания: фотолитотрофы, хемолитотрофы и хемоорганотрофы.

Обмен веществ микроорганизмов. Важнейшие процессы, вызываемые микроорганизмами

В живых клетках протекает множество ферментативных реакций, совокупность которых объединяется общим понятием обмена веществ, или метаболизмом. Метаболизм представляет собой высокоорганизованную и целенаправленную клеточную активность.

Единицами метаболической активности являются ферменты. Но приме­нительно к обмену веществ в целом, они представляют собой мультифер-ментные системы, каждая из которых катализирует последовательные стадии определенного метаболического пути. Такие системы могут включать от двух до десяти ферментов. Метаболизм складывается из двух фаз - катаболизма и анаболизма. Катаболизм - это фаза расщепления сложных органических мо­лекул до более простых соединений. Анаболизм- это фаза биосинтеза клеточных соединений. Он требует затраты анергии.

Образовавшаяся любым путем пировиноградная кислота в клетке подвергается дальнейшему окислению. Углерод удаляется из клетки в виде СО₂, водород передается на различные акцепторы. В зависимости от конечного акцептора водорода разделяют аэробное и анаэробное дыхание, неполное окисление, брожение.

Аэробное дыхание представляет собой полное окисление пирувата в аэробных условиях в цикле трикарбоновых кислот (ЦТК), или цикле Кребса и дыхательной цепи.

Анаэробное дыхание. Полное окисление органических веществ может происходить и в анаэ­робных условиях. Многие бактерии используют для этого окислительное фосфорилирование, имеют дыхательную цепь. Конечными акцепторами электронов, образующихся при разложении субстратов, являются ионы нитрата, сульфата, карбоната, фумарата, а также сера. Соответствующие виды бактерий объединяют в физиологические группы нитратвосстанавливающих, сульфатредуцирующих, метаногенных, ацетогенных и бактерий, восстанавливающих серу. Все они играют важную роль в природном балансе.

Неполное окисление - это такой тип катаболизма, при котором в аэробных условиях в качестве конечных продуктов выделяются частично окисленные органические соединения. Ими могут быть органические кислоты, аминокислоты и ряд других веществ. Типичным неполным окислением является окисление спиртов или сахаров уксуснокислыми бактериями.

Брожение - это катаболическое превращение углеводов и ряда других веществ в анаэробных условиях. Реакции, в которых регенерируется АТФ, являются реакциями окисления. От окисленного углерода клетка избавляется, выделяя cog. Отдельные этапы окисления представляют собой дегид­рирование - водород переносится на НАД. Акцепторами водорода в составе НАДН₂ служат промежуточные продукты расщепления веществ; в восстановленном виде они выводятся из клетки.

При сбраживании различных субстратов образуются (по отдельности или в смеси) такие продукты, как этанол, лактат, бутират, пропионат, диоксид углерода, водород и др. В зависимости от того, какиеиз них преобладают или особенно характерны, различают спиртовое, молочнокис­лое, пропионовокислое, маслянокислое, муравьинокислое и уксуснокислое брожение.

Разложение микроорганизмами природных веществ. Целлюлоза разлагается редкими видами микроорганизмов в связи с тем, что не все способны синтезировать комплекс целлюлаз. В анаэробных условиях значительная роль в разложении целлюлозы принадлежит грибам. Особенно активными являются баэидиомицеты, виды Fusarium, Aspergillus fumicatus, A.nidulans, Botrytis cinerea, Rhizoctonia solani, Triohodenna viride.

Способность расщеплять пектин присуща многим грибам и бактериям. К наиболее активным среди них относят Aspergillus foetidus, Bacillus macerans, B.polymyxa.

Крахмал является главным запасным веществом растений. Гидролиз его осуществляетсяa-, b- и глюкоамилазами. Синтез a- и глюкоамилаз у микроорганизмов широко распространен. Это используют в биотехнологии для получения ферментных препаратов. Наиболее активными продуцентами амилаз являются грибы Aspergillus oryzae (амилоризин), A. awamori (глюкаваморин), A.niger и др; бактерии Bacillus subtilis (амилосубтилин). b-Амилазу синтезируют редкие микроорганизмы, например, В. polymyxa.

Белки сначала расщепляются внеклеточными протеазами на фрагменты, способные проникнуть в клетку - полипептиды, олигопептиды и отчасти аминокислоты. Последние могут использоваться клеткой для синтеза белка или подвергаются дальнейшим превращениям - дезаминированию и де-карбоксилированию.

Первая стадия расщепления жиров- гидролитическая при участии липаз: образуются жирные кислоты, моно-, диглицериды, а затем глицерин. Жирные кислоты накапливаются в продукте, поэтому о его порче можно судить по изменению кислотного числа. Липолитической активностью обладают бактерии Pseudomonas, Bacillus, Clostridium; грибы Oidium, Cladosporium, Aspergillus, Peniсillium и некоторые дрожжи.

Биосинтез основных клеточных компонентов

Биосинтез аминокислот. Многие микроорганизмы способны синтезировать все 20 аминокислот, из которых строятся белки. Исходным материалом служат промежуточные продукты обмена (пируват, 2-оксоглутарат, оксалоацетат или фумарат, эритрозо-4-фосфат, рибозо-5-фосфат и АТФ). На последних этапах вводится аминогруппа. Нитраты, нитриты и молекулярный азот предварительно восстанавливаются ваммиак. Лишь немногие аминокислоты образуются путем прямого аминирования.

Биосинтез нуклеотидов. Биосинтез пуриновых нуклеотидов однотипен у прокариотных и эука-риотных микроорганизмов. Начинается с рибозо-5-фосфата, который активируется АТФ с образованием 5-фосфорибозил-1-пирофосфата. Затем происходит последовательное наращивание молекулы при С¹ атоме рибозы из аминокислот (аспарагиновой, глицина), СО₂, NH₃ (амидный азот глутамина).

Биосинтез липидов. Липиды входят в состав мембран и клеточных стенок, служат запасными питательными веществами. Образование липидов происходит внутриклеточно, а некоторые микроорганизмы (например, дрожжи Rhodotorula) выделяют их в среду.

В липидах большинства микроорганизмов преобладают жирные кислоты с длинной цепью (C₁₄ – C₁₈) с четным числом атомов углерода, насыщенные или ненасыщенные, с одной двойной связью. Биосинтез жирных кислот происходит в цитоплазме клеток через конденсацию и восстановление ацетатных групп. На первой стадии ацетилкофермент А карбоксилируется в биотинзависимой реакции. Затем происходит конденсация ацетил-КоА с 7 молекулами малонил-КоА при участии мультиферментного комплекса, содержащего 7 ферментов. Образуется пальмитиновая кислота. Удлинение цепи пальмитиновой кислоты возможно за счет ацетил-КоА или малонил-КоА соответственно в митохондриях или на эндоплазматическом ретикулуме.

Образование непредельных жирных кислот из предельных происходит на ЭР, для этого требуется наличие кислорода, флавиновых ферментов, цитохромов и НАДФН₂. Наиболее распространена олеиновая кислота.

Биосинтез углеводов. Ключевым метаболитом для синтеза различных углеводов является глюкозо-1-фосфат. Таким образом, углеводы синтезируются из промежуточных продуктов цикла Кребса. Для получения сахаров микроорганизмы используют также ацетат или соединения, катаболизм которых ведет к его образованию (жирные кислоты, углеводороды). Это возможно благодаря глиоксилатному циклу.

Основы микробиологического и санитарно-гигиенического контроля на предприятиях отрасли

Значение микробиологического и санитарно-гигиенического контроля в производстве. Санитарно-показательные микроорганизмы.

Микробные пищевые отравления согласно утвержденной Минздравом классификации делятся на токсикоинфекции, токсикозы и пищевые отравления смешанной этиологии.

К пищевым токсикоинфекциям относятся острые заболевания, которые возникают при употреблении пищевых продуктов, содержащих живых клеток возбудителя в количестве до 10⁵ – 10⁶ и более ед. на 1 см³ продукта.

Пищевые токсикозы – острые или хронические заболевания, возникающие при употреблении пищевых продуктов, содержащих токсины микроорганизмов.

Пищевые отравления смешанной этиологии возникают при размножении в пищевых продуктах смешанных культур патогенных микроорганизмов.

Болезни, возникающие в результате потребления продуктов, могут быть вызваны различными группами микроорганизмов: микроскопическими (плесневыми) грибами, водорослями, риккетсиями, вирусами, простейшими.

Микроорганизмы – возбудители токсикоинфекций и интоксикаций. Профилактика пищевых отравлений. Иммунитет и его виды. Вакцины и сыворотки. Использование иммунологических методов в микробиологическом и санитарно-гигиеническом контроле.

Источники посторонней микрофлоры на предприятиях отрасли. Микроорганизмы - возбудители пороков пищевых продуктов. Основные принципы микробиологического и санитарно-гигиенического контроля производства. Методы идентификации посторонней микрофлоры.

Дата добавления: 2014-01-07