Практическая работа № 5

Тема: Физиология микроорганизмов. Выделение чистых культур аэробных бактерий.

Актуальность темы. Микроорганизмам как всему живому присущий три основные физиологические функции: питание, дыхание и размножение.

Питание необходимое для синтеза в клетке всех органических структур, оно осуществляется с поглощением энергии. Основным источником энергии являются окислительно-восстановительные процессы (дыхание). По типам питания микробы делятся на аутотрофы и гетеротрофы. Аутотрофы усваивают азот и углерод из неорганических веществ (СО2 и др.), а гетеротрофы — из сложных органических соединений (аминокислоты, моносахара и др.), синтезированных раньше другими живыми организмами. Гетеротрофы в свою очередь делятся на сапрофитов и паразитов.

Дыхание микроорганизмов - биологическое окисление субстрата с выделением необходимой для метаболизма энергии. По типам дыхания микроорганизмы делятся на три основных группы: аэробы, анаэробы, факультативные анаэробы/аэробы.

Размножение бактерий происходит путем простого поперечного деления клетки.

Культивирование микроорганизмов осуществляют при создании ряда условий с учетом типов питания, дыхание и скорости размножения.

Для культивирования сапрофитов и факультативных паразитов используют искусственные питательные среды, которые по своему назначению бывают простые, элективные и дифференциально-диагностические, а по консистенции - плотные, полужирные и жирные.

Бактериологический метод является основным при диагностике инфекционных заболеваний. Его суть состоит в определении вида возбудителя инфекции, итак, на основании результатов бактериологического метода можно поставить этиологический (окончательный) диагноз.

Знание физиологии микроорганизмов позволяет правильно подобрать питательную среду и условия культивирования для выделения бактерий из патологического материала и накопление их чистой культуры. Биохимическая активность микроорганизмов генетически детерминирована. Определенный набор ферментов является надежным видовым признаком. Это широко используется при диагностике инфекционных заболеваний, когда биохимическая идентификация бактерий дополняет и уточняет предыдущий диагноз, полученный на основе изучения их морфологических и тинкториальных особенностей.

Цель (общая): уметь проводить выделение и идентификацию аэробных бактерий для использования этих знаний-умений в комплексе диагностических мероприятий на следующих кафедрах.

Конкретные цели - уметь:

• Объяснять особенности микробного метаболизма.

• Классифицировать микроорганизмы по типам дыхания и типам питания.

• Описывать наиболее употребляемые питательные среды и их приготовление.

• Определять биохимические свойства бактерий с помощью дифференциально-диагностических сред.

• Применять методы выделения чистых культур аэробных бактерий.

• Трактовать результаты идентификации выделенных чистых культур бактерий и делать вывод.

Исходный уровень знаний – умений:

1. Объяснять химический состав клетки: вода, химические элементы и минеральные вещества, нуклеиновые кислоты, белки, липиды, углеводы. Особенности химического состава эукариотических клеток. (кафедра биологии).

2. Интерпретировать особенности обмена веществ и энергии клеток (интенсивность обмена веществ, разнообразие типов метаболизма, метаболическая пластичность, избыточный синтез метаболитов и энергии). Конструктивный и энергетический обмен, их взаимосвязь (кафедра биохимии).

3. Объяснять питание клеток. Источники азота, углерода, минеральных веществ и ростовых факторов. Химический состав слюны и сыворотки крови, сущность каскадных реакций (кафедра биохимии).

4. Объяснять дыхание клеток. Энергетические потребности клеток. Источники и пути получения энергии (кафедра биологии).

5. Знать ферменты и их классификацию. Конститутивные и индуктивные ферменты, генетическая регуляция. Специфичность действия ферментов (кафедра биохимии).

Для того, чтобы вы могли уяснить, отвечает ли исходный уровень Ваших знаний-умений необходимому, предлагаем выполнить ряд задач:

Задача 1. Что такое ассимиляция?

Задача 2. Как определяются типы питания?

Задача 3. Деление микроорганизмов по характеру источника энергии.

Задача 4. Факторы роста клеток.

Задача 5. Что такое дыхание?

Задача 6. Роль ферментов.

Задача 7. Практическое использование ферментов.

Эталоны ответов к задачам для самопроверки и самоконтроля исходного уровня знаний-умений:

1- Ассимиляция - это усвоение питательных веществ и использование их для синтеза клеточных структур.

2- Типы питания бактерий определяются по характеру усвоения углерода и азота.

По усвоению углерода бактерии делят на 2 типа:

аутотрофы или литотрофы - бактерии, которые используют как источник углерода СО2 воздух;

гетеротрофы или органотрофы - бактерии, которые потребляют для своего питания в органическом углероде (углеводы, жирные кислоты).

По способности усваивать азот микроорганизмы делятся на 2 группы: аминоавтотрофы и аминогетеротрофы.

Аминоавтотрофы - для синтеза белка клетки используют молекулярный азот воздуха или усваивают его с аммонийных солей.

Аминогетеротрофы - получают азот из органических соединений - аминокислот, сложных белков. Сюда относятся все патогенные микроорганизмы и большинство сапрофитов.

3- По характеру источника использования энергии микроорганизмы делятся на фототрофы, которые используют для биосинтетических реакций энергию солнечного света, и хемотрофы.

Хемотрофы получают энергию за счет окисления неорганических веществ (нитрифицирующие бактерии и др.) и органических соединений (большинство бактерий, в том числе и патогенного для человека вида).

4- Факторов роста: вместе с пептонами, углеводами, жирными кислотами и неорганическими элементами, бактерии нуждаются в специальных веществах - ростовых факторах, которые играют роль катализаторов в биохимических процессах клетки и являются структурными единицами при образовании некоторых ферментов. К факторам роста относятся разные витамины, некоторые аминокислоты, пуриновые и пиримидиновые основания и др.

5- Дыхание (или биологическое окисление) - это сложный процесс, который сопровождается выделением энергии, необходимой микроорганизмам для синтеза разных органических соединений. Бактерии, как и высшие животные, для дыхания используют кислород. Тем не менее Л. Пастером было доказано существование таких бактерий, для которых наличие свободного кислорода есть пагубным, энергию, необходимую для жизнедеятельности они получают в процессе брожения.

6- Ферменты - биологические катализаторы, высокомолекулярные вещества белковой природы, которые вырабатываются живой клеткой. Они строго специфические и играют важнейшую роль в обмене веществ микроорганизмов. Специфичность их связана с активными центрами, которые образовываются группой аминокислот, т.е. каждый фермент реагирует с определенным химическим соединением или катализирует одну или несколько близких химических реакций. Например: фермент лактаза расщепляет лактозу, мальтаза - мальтозу и т.д.

7- Практическое использование ферментативных свойств микробов: процессы брожения, грибов в пивоварении и виноделии, обработка шкур, для смягчения; консервация. Изготовление биодобавок к стиральной порошкам, для удаления белковых загрязнений, поскольку они расщепляют белки до водорастворимых.

Информацию для пополнения знаний-умений можно найти в следующих учебниках:

1. Березов Т.Т., Коровкин В.Ф. Биологическая химия.- М.: Медицина.- 1998.

2. Афанасьев Ю.И., Юрина Н.А. Гистология, цитология и эмбриология.- М.: Медицина.- 1999.