1. Оксидоредуктазы - окислительно-восстановительные ферменты. Они ускоряют процессы восстановления и окисления различных веществ, играют большую роль в процессах дыхания микробов. Эта группа многочисленна, она включает более 200 ферментов. Вот некоторые из них. Дегидрогеназы - ферменты, которые ведут процесс биологического окисления путем отнятия водорода от субстрата донора и переноса его на кислород или другой акцептор. Различают аэробные и анаэробные догидрогеназы. Аэробные дегидрогеназы переносят водород как непосредственно на молекулярный кислород, так как на другие системы, они получили название оксидаз. Анаэробные дигидрогеназы вступают во взаимодействие с субстратом, отнимают у него водород и передают акцептору, но не кислороду воздуха. Цитохрамоксидозы - ферменты, переносящие электроны. Цитохрамоксидозы активирует молекулярный кислород и с его помощью окисляет восстановительный цитохром, активной группой которой является гемин. Каталаза содержится (группой (которого является) в клетках аэробных клетках аэробных микробов и относится к группе иминовых ферментов, содержащих в своей молекуле трехвалентное железо, способно теряет электроны (окисляться). При действии каталазы на перекись водорода происходит ее восстановление, образуются вода и молекулярный кислород. Пероксидаза содержится в некоторый микробах, она активирует кислород перекиси водорода и ускоряет окисление различных органических соединений.
Трансферазы - ферменты переноса. Этот класс объединяет около 1000 - ферментов. Они переносят отдельные группы, радикалы и атомы как между отдельными молекулами, так и внутри них (метильные, карбоксильные и другие группы; группы, содержащие азот, фосфор, серу, альдегидные или кетонные остатки и т.д. Представители этого класса - аминотрансферазы, фосфотаттрансферазы и др.
Гидролазы - ферменты, ускоряющие реакции гидролиза, то есть процесса расщепления сложных веществ на более простые с присоединением молекулы воды. Они имеются у многих микроорганизмов. Гидролазы объединяют более 200 ферментов. В это группу входят: эстеразы, расщепляющие сложны эфиры, образованные органическими кислотами и спиртами; фосфотазы, гидролизующие сложные эфиры, образованные спиртами и фосфорной кислотой, глюкозидазы, расщепляющие глюкозидные связи в углеродах и их производных; пептидазы; ускоряющие гидролиз пепдитных связей в белках; амидазы, ускорящие гидролиз амидов, аминокислот и других соединений.
Лиазы - ферменты, отщеплящие от субстратов негидролитическим путем ту или иную группу. Этот класс объединяет около 90 ферментов. Наиболее важное значение в обмене веществ. К этой группе относятся фосфогексоизомераза, триозофосфотизомераза и т.др.
Изомеразы - ферменты ускоряющие перемещение внутри молекул водорода, фосфора и двойных связей, что имеет важное значение в обмен веществ.
Лигазы - или синтезы - ферменты ускоряющие синтез сложных соединений из более простых за счет распада пирофосфорных связей. Лигазы играют большую роль в синтезе белков, нуклеиновых кислот, жирных кислот и других соединений. В этот класс входит около 100 ферментов.
Рост и размножение микробов. В результате поступления питательных веществ и синтеза из них сложных органических рост - увеличение массы микробной стадии роста и зрелости, клетка начинает размножаться - увеличивает количество особей. Большинство бактерий размножается путем простого (бинарное) деления клетки пополам (вегетативное размножение), реже путем почкования. Грибы размножаются при помощи спор, половым путем и почкованием (дрожки).
Скорость размножения микробных клеток зависит от вида микроба, возраста культуры, состава питательной среды, температуры, наличия или отсутствия кислорода воздуха и других факторов. Большинство клеток делится через 20-30 мин. У кишечной палочке новое поколение образуется через 15-30 мин, у нитрифицирующих бактерией - через 5-10 ч, а возбудителя туберкулеза только через 18-24 ч. Чем оптимальное условия, тем быстрее происходит деление микробной клетки. У кишечной палочки на пептонной воде деление происходит через 33 мин, а на мясопептонном бульоне - на 10 мин быстрее. На скорость деления влияет температура. У патогенных микробов, которые адаптировались к организму животного или человека, размножение при быстрее, чем при комнатной температуре.
Шаровидные формы микробов делятся в разных плоскостях, в результате чего образуются одиночные, парные клетки или расположенные в виде гроздьев, тюков и т.д. Палочковидные клетки делятся поперек. Сначала появляется перетяжка, а затем происходит разъединение образовавшихся дочерних клеток. Грибы размножаются в основном при помощи спор, дрожжи - почкованием. Споры при попадание в благоприятную среду прорастают и дают начало новой вегетативной клетке. На поверхности дрожжевых клеток обычно появляется выпячивание (почка), к которое переходит часть цитоплазмы, и ядра, после его отделения образуется дочерняя клетка и т.д. Деление микробов может быть изоморфное, когда размеры, и гетероморфное, когда одна из них больше другой. Вместе с цитоплазмой в дочерние клетки переходит и нуклеоид, к котором заключена ДНК, имеющая двуспиральное строение. После разрыва водородных связей образуются две нити ДНК, каждая из них включается в состав новой клетки, где затем происходит их репликация (удвоение). Вместе с нуклеиновой кислотой передаются и наследственные признаки.
Размножение микробов происходит хотя в быстро, но небеспредельное. По расчетам G.Stent (1965), одна кишечная полочка в экспоненциальной фазе роста за 24 ч. Культивирования при делении клеток через 20 мин дала бы 227 потомков, масса которых составила бы окала 10 тыс.т. Имеется много факторов, которые нарушают оптимальные условия роста и размножения. К ним относятся: истощение среды, неблагоприятная температура, свет, продукты жизнедеятельности и т.д. Процесс размножения культуры микробов на несменяемой среде протекает неравномерно.
Культирование микроорганизмов.
Культирование (выращивание) микробов проводят на питательных средах, которые могут быть естественным и искусственными. Естественные среды, такие как молоко, пивное сусло, сенной отвар, морковный сок и другие могут иметь разное соотношение входящих в их состав компонентов. Искусственные среды составляют по рецептам, где количество и соотношение веществ строго определенное. Питательные среды должны содержать все необходимое для роста и развития микробов: азот, углерод, неорганические соединения в виде солей, витамины, микроэлементы и другие вещества. Среда считается оптимальной, если она имеет определенные показатели рН, окислительное - восстановительного потенциала, осмотического давления и т.д.
По консистенции различают плотные, полужидкие и жидкие питательные среды. Для получения плотных сред к жидким питательным средам (растворам) дабавляют 2-3% агар-агара, 10-15% желатина и другие вещества. По составу питательные среды. Могут быть простыми и сложными. Простые среды (МПБ, МПА) имеют наибольшее распространение и используются для выращивания многих микробов, для первичного выделения их из разных субстратов. В состав сложенных сред входят дополнительные компоненты: сыворотка крови, сахара и т.д. Сложные среды используются для дифференциальной диагностики. Гемолитическую способность определяют на кровяном агаре: сахаролитические свойства - на средах Гиса, Эндо, Плоскирева; протеолитические - на мясопептонном желатине и т.д.
Для выращивания определенных видов микробов применяют элективные (избирательные) среды, которые были введены на практику русским микробиологии С.Н.Виноградским при изучении процесс нитрификации. Такие среды не содержат органических соединений и были избирательными для нитрифицирующих бактерий. Элективной средой для молочнокислых бактерий служит молоко, для азотобактера - маннитный агар и т.д.
Температура культивирования зависит от вида микроба. Оптимальная температура для плесневых грибов 15-250 С, для большинства сапрофитов - 25-300, а для патгенных - 35-370. Температурный оптимум, как видно, определяется условиями жизни микроба. В лабораториях необходимую температуру создают в термостатах.
У большинства микробов (кишечная палочка, сенная, картофельная, капустная бациллы) рост наблюдается в течение суток. У некоторых (трихофитоны) колонии грибов появляются через 5-10 суток. Через 15-20 дней бывает виден рост у возбудителя туберкулеза, а бруцеллы в первичных культурах иногда растут 90 месяцев. Скорость роста культур микробов зависит также от аэрации (для эеробов), содержания в атмосфере углерода диоксида (до 10% для возбудителя бруцеллеза) и других факторов. Анаэробы выращивают без доступа кислорода воздуха. Такие условия создаются физическими, химическими и биологическими методами. Анаэробов выращивают также на жидкой среде Китта-Тороциимясопептоном бульоне с кусочками печени, залитом сверху слоем индифферентного вазелинового масла.
6. Характер роста микробов
На плотных питательных средах микробы растут в виде колоний. Колонии разных микробов отличаются по форме, размерам, консистенции, цвету и другим признакам что имеет большое диагностическое значение. Размеры колоний колеблются от одного до нескольких миллиметров. У бацилл колонии матово - серые и обычно не прозрачные. На жидких питательных средах микробы образуют муть, осадок, пленку, пристеночное кольцо. Иногда среда приобретает цвет пигмента, образуемого микробом. Для каждого микроба характерен определенный рост, что учитывается в диагностической практике.
Образование микробами пигментов, токсинов, ароматических и других веществ. Пигментообразующие микробы.
Они способны образовывать пигменты - красящие вещества. Это свойство передается по наследству, что позволяет наряду с использованием других признаков быстрее определить вид. Много пигментообразующих микробов содержится в воздух. Если чашку Петри с питательной средой оставить открытой, то на ее поверхность через некоторое время осядут микробы. На питательной среде они образуют колонии, которые бывают окрашены в разные цвета. Чаще всего встречаются желтые колонии сарцин, золотистые или белые - стафилококков, розовые - микрококков, красные - чудесной палочки, актиномицетов, дрожжей; реже синие - синегнойной палочки, фиолетовые - фиолетового хромобактера, зеленые - пенщилла, черные и бурые - различных других грибов. Пигменты выполняет защитную функцию, предохраняют клетки от света, у ультрафиолетовых изучений. Окрашенные колонии в присутствии кислорода воздуха на свету сохраняются лучше, чем беспигментные.
Различают водо - и спирторастворимые пигменты. Но имеются и такие, которые не растворяются ни в воде, ни в спирте (это черные и бурые пигменты дрожжей и плесеней). Большинство пигментообразующих микробов - сапрофиты. Наиболее характерный кроваво-красный пигмент продигмозин, который почти нерастворим в воде, образует бактерия Serratia marcescems. Еще в 332 г. до нашей эры, в один пасмурный день, при г.Типа солдаты войска Александра Македонского обнаружили на хлебе «кровавые» пятна. Продигиозин синтезируется в клеточной стенке. Красный пигмент образуют также и другие микроорганизмы.
Синий пигмент виолацеин продуцирует Chromobacterium violaceum u Ch. lividum. Он растворяется в спирте, ацетоне и нерастворим в воде. Виолацеин обладает антагонистическим свойством. Находящийся в среде триптофан стимулирует образование пигмента. Сине-зеленый пигмент пиоцианин продуцирует синегнойная палочка Ps.aeruginosa. Это один из первых антибиотиков его открыли в 1895 г. Дмеррик и Лоу. Синегнойная палочка бывает частными спутником загрязненных ран, окрашивает гной в цвет пигмента. Некоторые виды Pseudomoas на средах, дефицитных по железу, образуют водорастворимый флуоресцеин (комплекс желто-зеленый пигментов; способных флуорасцировать).
Каротиноиды - одна из многочисленных и широко распространенных групп микробных пигментов. Описано более 300 представителей этой группы. Их образуют все фототрофные бактерии, а также некоторые семейства низших грибов, дрожжей и актинамицетов. Каротиноиды - пигменты альфати-или алициклического строения, состоящие из изопреновых остатков, имеющих в молекуле 40 и более атомов углерода. Следует отметить, что гликозидные каротиноиды образуют не только бактерии, но и водоросли.
Светящиеся, или фотобактерии.
Они излучают фосфорический свет, сила которого хотя и невелика, но позволяет в темноте различать многие предметы и даже делать фотоснимки без дополнительного освещения. Свечение бактерий связано с окислительными процессами в теле клеток и иногда не наблюдается в анаэробных условиях. Фотобактерии - обитатели морей и редко встречаются в пресных водоемах. Наиболее благоприятная среда для фотобактерий-рыбный бульон с содержанием 3% натрия хлорида. Чем сильнее приток воздуха, тем ярче их свечение.
Ароматобразующие микробы.
В эту группу входят дрожжи, молочно кислые бактерии, плесневые грибы, актиномицеты. Многие из них выделяют ароматические вещества: уксусноэтиловый, уксусноамиловый эфиры, ацетилметилкарбинол, который при окислении переходит в диакцетил, летучие кислоты и другие вещества, придающие приятный запах пищевым продуктам и напиткам. Специфический аромат сохраняют свежие культуры при вырашивании на естественных средах.
Токсинообразующие микробы.
Относятся к патогенным и вызывают отравления. Одни микробы выделяют токсины во внешнюю среду при жизни, и других токсин связан с телом микробной клетки и освобождается после ее разрушения. В связи с этим различают экзо - и эндотоксины. Экзотоксины можно отделить путем фильтрации бульонных культур токсинообразующих микробов. Такие фильтраты при введении животным могут вызват отравление и смерть. Наиболее сильно токсигенность выражена у возбудителей ботулизма, столбняк, дифтерии. Эндотоксины выделяются только после разрушения микробной клетки физическими, химическими и биологическими методами. Эндотоксины содержатся в салмонеллах, эшерихиях, возбудителе бруцеллеза, туберкулеза и др.