Питание и размножение микробов - микробиология с техникой микробиологических исследований
Видео: Какая грязь! Сколько бактерий на поверхности смартфона?
Микроорганизмы, как и все живые существа, прошли сложный эволюционный путь развития. Это находит отражение не только в морфологии микробов, но и в их физиологии (питание, дыхание, размножение).
Питание играет важнейшую роль в жизнедеятельности микроорганизмов. Благодаря питанию происходит обновление их цитоплазмы и ядра, рост и размножение и накапливается необходимая энергия для сложных биосинтетических процессов.
Источниками питания для микробов служат сложные органические и неорганические соединения, минеральные вещества и витамины. По типу питания, по его сложности микроорганизмы делятся на две основные физиологические группы: 1) аутотрофы, или прототрофы- 2) гетеротрофы. Гетеротрофы в свою очередь подразделяются на метатрофы и паратрофы.
Аутотрофное питание — наиболее простой тип питания. Микробы — аутотрофы способны усваивать органогены в виде элементов и неорганических соединений. Примером аутотрофов могут служить открытые С. Н. Виноградским нитрифицирующие бактерии почвы. Эти бактерии усваивают углерод из углекислоты (подобно растениям), азот — из аммиака и его солей, а кислород и водород — из воды. Для ассимиляции углекислоты аутотрофы используют солнечную энергию (фотосинтез) или химическую энергию (хемосинтез), получаемую при окислении бактериями различных минеральных соединений.
У гетеротрофов тип питания более сложный. Эти микробы уже нуждаются в готовых органических соединениях, причем метатрофы усваивают органогены из мертвых органических веществ, а паратроф ы для построения цитоплазмы используют живую материю. Источниками углерода для этой группы микроорганизмов служат сахара, многоатомные спирты, карбоновые кислоты, молочная, лимонная, уксусная кислоты, этиловый спирт, а источниками азота — аминокислоты. Как и аутотрофы, водород и кислород они получают из воды, а кислород — из атмосферы.
Многие микроорганизмы, помимо обычных питательных веществ, нуждаются еще в весьма существенных факторах роста. Факторами роста являются витамин В6, пантотеновая, никотиновая кислоты и многие другие вещества.
Процесс обмена веществ между микробной клеткой и окружающей ее средой представляет сложное явление, зависящее от ряда факторов: концентрации питательных веществ в клетке и вне ее, проницаемости этих веществ через клеточную стенку, pH внешней среды, электрического заряда оболочки, химической природы питательных веществ и т. д. В микробную клетку питательные вещества из окружающей среды поступают через полупроницаемую оболочку путем диффузии и осмоса или путем обменной адсорбции, сущность которой заключается в следующем. Электрический заряд микробной оболочки адсорбирует на поверхности противоположно заряженные ионы питательной среды, которые затем проникают внутрь клетки, где используются для построения различных органических веществ. Через оболочку проникают только те ионы питательной среды, размеры которых не превышают размеров ее пор (М. Ф. Федоров). Клеточная стенка пропускает внутрь клетки воду, растворы кристаллоидов и некоторые органические вещества, но она не проницаема для коллоидов. В связи с этим вещества коллоидной природы могут быть использованы только после предварительного их расщепления при помощи ферментов, которые выделяют микроорганизмы (экзоферменты). Поступившие в микробную клетку вещества синтезируются, в результате чего образуются белки, углеводы, липиды и другие сложные органические вещества. Через оболочку из микробной клетки в окружающую среду выделяются разнообразные продукты жизнедеятельности, включая сложные белки (токсины, ферменты и др.).
В результате процесса питания происходит рост бактерийной клетки, т. е. увеличение массы ее цитоплазмы. Клетка, достигшая определенного возраста, делится на две дочерние путем простого поперечного деления. Деление считается законченным, когда цитоплазма дочерних клеток разделена перегородкой. В этом и заключается процесс размножения у бактерий.
Перегородка чаще всего образуется в середине клетки, и дочерние клетки получаются одинаковой величины. Иногда перегородка образуется ближе к одному концу, тогда дочерние клетки неодинакового размера. Плоскость, в которой происходит деление у различных микроорганизмов, неодинакова. Палочки всегда делятся только поперечно. У кокков деление происходит в разных плоскостях, что приводит к различным группировкам кокков (стафилококки, диплококки, стрептококки, сарцины).
Большинство извитых форм бактерий размножаются так же, как и палочки, т. е. делятся поперечно.
Помимо поперечного деления, у некоторых бактерий (микобактерии, коринебактерии) начало новым особям дают боковые выросты.
Скорость размножения бактерий в благоприятных условиях существования чрезвычайно велика: каждые 15—20 минут из одной особи получаются две. Подсчитано, что если за 1 час микроб будет давать только две особи, то через сутки число их достигнет 16,5 миллионов, а за 5 суток составит количество микроорганизмов, «могущее заполнить бассейны всех морей и океанов» (В. Л. Омелянский).
Размножение микробов, засеянных на жидкую питательную среду, происходит в несколько последовательных фаз:
Видео: Подготовка рабочей жидкости биопрепаратов
- Первая фаза—латентная, или исходная стационарная. Во время этой фазы происходит приспособление микробов к питательной среде, они не размножаются, и некоторое количество засеянных особей даже погибает. Лишь к концу фазы начинается процесс размножения.
- Вторая фаза—фаза логарифмического Роста. Она характеризуется тем, что микробы начинают энергично размножаться, скорость их деления постоянная, вследствие чего количество клеток возрастает в геометрической прогрессии.
Единицы времени
Рис. 21. Фазы размножения бактерий. ab — исходная стационарная- bd — фаза логарифмического роста- de — стационарная фаза- eg — стадия отмирания.
- Третья фаза — стационарная, или период зрелости. В этой фазе максимальное количество размножившихся клеток некоторое время удерживается на одном определенном уровне. Концентрация клеток в питательной среде постоянна. Такое постоянство объясняется тем, что размножение и отмирание клеток уравновешивают друг друга.
- Четвертая фаза — период старения, или стадия отмирания культуры, наступающее от истощения питательной среды и накопления в ней вредных продуктов обмена в результате жизнедеятельности культуры.
Графически это показано на рис. 21.
Репродукция вирусов изучена еще недостаточно. Согласно последним данным, цикл репродукции вирусов состоит из трех основных периодов: подготовительного, латентного и заключительного. Проникнув в организм человека или животного, они адсорбируются на поверхности тех клеток, которые к ним чувствительны. Ферменты клеточной стенки разрушают белковую оболочку вируса и тогда освободившаяся ДНК или РНК вируса проникает внутрь клетки. Это приводит к изменению характера обмена веществ клетки и образованию новых ферментов, которые синтезируют специфические для данного вируса нуклеиновые кислоты и белки. В ядре клеток синтезируются нуклеиновые кислоты,
в цитоплазме — белки. В конечной стадии из этих компонентов образуются новые вирусные частицы — вирионы (репродукция вирусов), которые выделяются из пораженных клеток, а затем они адсорбируются новыми клетками и т. д.
