Контрольні питання

1. Що вивчає мікробіологія? Яке значення вона має?

2. Яка головна мета вивчення мікробіології щодо фахівців харчування і

товарознавства?

3. Які мікробіологічні процеси були відомі з давнього часу?

4. Хто вперше спостерігав за мікроорганізмами ?

5. Яке значення мало відкриття мікроскопу?

6. Хто вперше зв’язав існування мікроорганізмів з практичною

діяльністю людини ?

7. Який практичний наслідок мали роботи Р. Коха у мікробіології ?

8. Яке значення мали роботи радянських вчених щодо розвитку науки

і технології мікробіологічних виробництв?

1. Морфологія і класифікація мікроорганізмів

Морфологія мікроорганізмів вивчає форму і особливості будови клітини, розмноження, здатність рухатися, утворювати спори, капсули тощо. За сучасними уявленнями всі живі організми, що мають клітинну будову, поділяють на дві великі групи: прокаріоти (доядерні) і еукаріоти (дійсне ядро).

За допомогою електронного мікроскопу встановлено, що у бактерій відсутнє дійсне ядро. Їх ядерний апарат включає молекулу ДНК у вигляді замкнутого у кільце ланцюга, що розташована безпосередньо у цитоплазмі. До еукаріотів належать тварини, рослини, гриби; вони мають дійсне ядро з ядерцем, що оточене ядерною мембраною. Організми, що не мають клітинної будови, складають третю групу - акаріоти (віруси і бактеріофаги).

Фахівці, що мають справу з харчовими продуктами, повинні знати особливості існування мікроорганізмів. Найбільш важливими є бактерії, плісняві гриби, дріжджі, віруси. Бактерії, плісняві гриби і дріжджі – мікроскопічні організми, що мають просту будову. Вони належать до нижчих організмів, тобто безхлорофільних рослин. Переважно вони є одноклітинними організмами.

Особливе місце у світі мікроорганізмів посідають ультрамікроби – віруси і бактеріофаги, які відіграють важливу роль у навколишньому середовищі. Вони мають деякі особливості існування, будови і розмноження.

1.1. Бактерії

В світі мікроорганізмів бактерії за чисельністю (близько 4000 видів) і різноманітністю перетворень, що здійснюється ними, займають провідне місце. Розміри деяких видів бактерій наведено у таблиці 1.1.

Існують три основні форми бактерій: куляста (коки), паличкоподібна і спіралеподібна (рис. 1.1.).

Рис. 1.1- Форми бактерій:

кулясті: 1 – мікрококи, 2 – стрептококи, 3 - диплококи і тетракоки, 4 - стафілококи, 5- сарцини; паличковидні: 6 - палички без спор, 7 - палички зі спорами; звивисті: 8 – вібріони, 9 - спірили, 10 - спірохети

Таблиця 1.1

Розміри деяких видів бактерій

Найменування бактерій	Довжина клітини, мкм	Діаметр клітини, мкм
Молочнокислий стрептокок	0,8 –1,2	05-0,8
Вершковий стрептокок	0,6-0,7	0,6-0,7
Паличка болгарська	4,0-0,5	0,6-1,0
Ацидофільна паличка	1,5-6,0	0,6- 0,9
Паличка протея	0,6-4,0	0,4-0,5
Кишкова паличка	1,2-0,3	0,5-0,8
Паличка бруцельозу	0,5-2,0	0,2-0,5

Розміри і форма клітин бактерій здатні суттєво змінюватись під впливом чинників зовнішнього середовища. Під дією кислот, лугів, зміни температури, через накопичення продуктів обміну у середовищі існування та інших факторів, клітини зазнають змін, навіть з’являються потворні клітини.

Між будовою бактерій і будовою вищих форм живих організмів існує суттєва різниця. Вищі організми мають складну будову: у них розрізняють органи, що складаються з тканин, які, у свою чергу, складені з окремих клітин. Бактерії ж представлені лише однією клітиною, яка і є повністю самостійним організмом (рис. 1.2).

Клітина бактерії оточена щільною оболонкою, яка складається з двох шарів: зовнішнього (клітинної стінки) і внутрішнього (цитоплазматичної мембрани).

Оболонка виконує захисні функції, надає клітині постійну, характерну для неї форму (кулі, палички, спіралі тощо). Оболонка має властивість напівпроникнення – через неї поживні речовини проникають у клітини, а продукти обміну виходять у оточуюче середовище. Так здатні проникати лише речовини у високодиспергованому стані, або у вигляді водних розчинів. Молекули з великою молекулярною масою крізь оболонку не проходять.

Зовнішній шар оболонки у деяких бактерій має здатність ослизнюватися, створюючи капсулу. Капсули утворюються під впливом переважно несприятливих до мікробної клітини умов зовнішнього середовища. Вони захищають клітину від висушування. Капсули складаються з полісахаридів і глюкопротеїдів. Слизоутворюючі бактерії швидко розмножуються на поверхні субстратів, викликаючи їх псування. Рідкі субстрати вони здатні перетворювати у суцільну слизову масу. Це явище інколи спостерігається у зіпсованому молоці, пиві, цукрових екстрактах з буряка та ін. Слизоутворення переважно здійснюється за низькою ( від – 2 до 10⁰С ) температурою.

Рис. 1.2 - Схема будови бактеріальної клітини:

1 - капсула; 2 - клітинна стінка; 5 - цитоплазматична мембрана; 4 - цитоплазма; 5 – мезосоми; б- рибосоми; 7 - нуклеоїд; 5 - виутрішньоцитоплазматичні мембранні утворення; 9 – жирові краплі; 10 - полісахаридні гранули; 11 - гранули поліфосфату; 12 - украплення сірки; 13 - джгутики; 14 - базальне тільце

Важливою частиною клітин є цитоплазма – прозора, напіврідка маса білкової природи. Вона містить 70-80 % води, ферменти, амінокислоти, набір ДНК і РНК, субстрати і продукти метаболізму клітини. У цитоплазмі містяться решта життєво важливих структур клітини – нуклеоїд, рибосоми, а також запасні речовини різної природи. Ланцюг ДНК, або нуклеоїд, є ядерним апаратом прокаріот. Це компактне утворення, що займає центральне місце у цитоплазмі, складається з подвійної спіралі молекул ДНК. У розгорненому вигляді ланцюг ДНК може мати довжину більше 1 мм, тобто майже у 1000 разів більше довжини бактеріальної клітини. ДНК є носієм інформації про спадкові властивості клітини. Саме ядро відповідальне за передачу генетичної інформації з роду в рід (форми, фізіологічних властивостей тощо).

Рибосоми – невеликі гранули, що містяться у цитоплазмі і складаються з РНК (60 %) і білків (40 %). Кожна бактерія містить від 5000 до 50000 рибосом, які є центром синтезу білків. Рибосоми беруть участь у синтезі білків не у вигляді окремих часток, а як агрегати, так звані, полірибосоми або полісоми. У молодих клітинах спостерігається підвищений вміст рибосом.

Мезосоми – вони являють собою складчасті утворення різної форми з дуже розвиненою поверхнею, з’єднані з цитоплазматичною мембраною, це ”силові станції” клітини, де здійснюються енергетичні процеси – вивільнення енергії через окислення деякої решти органічних речовин і утворення АТФ (аденозинтрифосфорної кислоти).

Крім основних структур у бактеріальних клітинах містяться запасні поживні речовини. Вони мають вигляд гранул або крапельок. Запасні речовини накопичуються за сприятливих умов існування. Гранули складаються з крохмалю або глікогену, білків, волютину, ліпідів тощо. Крім того, у цитоплазмі різних бактерій спостерігаються гранули або крапельки колоїдної сірки, пігментів, іонів металів і ін.

Приблизно 1/5 частина бактерій володіє здатністю рухатися. Це переважно паличкоподібні і всі спіралеподібні бактерії. Майже всі кулясті бактерії (коки) є нерухомими. Найчастіше рух здійснюється за допомогою джгутиків – тонких ниток товщиною 10- 20 нм, що складаються з особливого білка флагеліну. Довжина джгутиків може перевищувати довжину клітини у багато разів. Швидкість переміщення бактерій за допомогою джгутиків досить велика (20- 60 мкм/с). Характер розташування є однією з ознак класифікації бактерій (рис. 1.3.).

Рис. 1.3 - Розташування джгутиків:

А – монотрихи; Б- лофотрихи;

В - перетрихи

Деякі бактерії на поверхні клітини мають багаточисельні утворення, подібні до джгутиків, але тонкіші і коротші за них. Це так звані пілі або вії, вони необхідні для міцного утримання клітин на поверхні субстрату.

За несприятливих умов (підвищення або зниження температури, висушування тощо) більшість бактерій, які здатні існувати лише у вегетативному (“вегета” - життя) стані, гинуть, але деякі перетворюються на спори – клітини, що покояться. У стані спори бактерії життєздатні, але не життєдіяльні, вони не потребують живлення і не розмножуються. Здатність до спороутворення притаманна майже виключно паличкоподібним бактеріям, у коків спороутворення спостерігається винятково, а у вібріонів і спірил – відсутня.

Під час спороутворення цитоплазма в певному місці згущується, вкривається достатньо щільною і міцною оболонкою, решта клітини поступово руйнується. Таким чином, бактеріальна клітина за кілька годин перетворюється у спору. У бактеріальній клітині спора може бути розташована на кінці, у центрі, або зайняти проміжне положення. Спори мають різну форму і можуть бути у вигляді кулі або овальні. У кожній клітині утворюється лише одна спора.

Спори надзвичайно стійкі до дії температури. Наприклад, спори збудника важкого харчового отруєння – ботулізму - витримують нагрівання до 100⁰С протягом 5-6 годин. Спори переносять висушування, дію ультрафіолетового випромінювання, отруйних речовин, заморожування, підвищений тиск тощо. Така виняткова стійкість бактеріальних спор до дії високих температур часто є причиною псування продуктів, що піддавалися тепловій обробці (баночні консерви, смажені і варені вироби тощо). Термостійкість спор можна пояснити порівняно невисоким вмістом вільної води в цитоплазмі. Щільна багатошарова оболонка добре захищає спори від проникнення шкідливих речовин. Спори бактерій можуть зберігати життєздатність десятки і навіть сотні років.

Якщо спора потрапляє у сприятливі умови існування, вона поглинає воду, набрякає, її оболонка руйнується і спора проростає у вегетативну клітину.

Псування харчових продуктів викликають лише вегетативні клітини бактерій, тому необхідно знати умови, що сприяють спороутворенню і розвитку вегетативних форм бактерій.

Розмноження бактерій здійснюється переважно шляхом поділу клітини на дві частини. На швидкість розмноження бактерій впливають умови існування: наявність поживних речовин, кисню, сприятливої температури, вологість тощо. За сприятливими умовами клітина ділиться кожні 20-30 хвилин, тобто за добу здійснюється 48-72 цикли подвоєння. З однієї клітини за цей час мало б виникнути 4714169 х 10¹⁵ клітин. Але практично безперервне подвоєння мікробів неможливе через виснаження поживних речовин, накопичення продуктів обміну й інших чинників зовнішнього середовища. Під час зниження температури на 10⁰ швидкість розмноження зменшується в 2-3 рази.

Саме через виняткову швидкість розмноження бактерій пояснюється швидке псування харчових продуктів.

Систематика бактерій полягає у розподілі їх окремими групами, кожна з яких має свою назву: клас - порядок - сімейство – рід. Найдрібнішою одиницею класифікації є вид – група організмів, яка об’єднана за наявністю певних фізіологічних і морфологічних ознак і походить від загального предка. У мікробіології використовується також термін ”штам” – поняття більш вузьке, ніж вид. Штамами називають різні культури мікроорганізмів, що отримані з одного виду, але з різних субстратів існування.

Класифікують бактерії за морфологічними ознаками (форма, розмір, наявність і розташування джгутиків, здатність до спороутворення), фізіологічними і біологічними властивостями (джерела живлення, шляхи одержання енергії, відношення до наявності кисню, патогенність та ін.).

За існуючими в біології правилами, назва бактерій дається латинською мовою і складається з двох слів. Перше слово позначає рід, до якого належить даний вид бактерій, друге - назву виду. Наприклад, Streptococcus lactis. Ця бактерія належить до кулястих, що створюють ланцюжки (рід streptococcus ). Вони викликають зброджування молочного цукру (лактози) у молочну кислоту, звідси видова назва lactis.