II. Анаэробы -получают энергию при отсутствии доступа О2 путем ускоренного, но не полного расщепления пит в-в.
Облигатные анаэробы (NB, ВОЗБУДИТЕЛИ СТОЛБНЯКА, БОТУЛИЗМА) не переносят даже следов О2. Они могут образовывать АТФ в результате окисления УВов, белков, липидов путем субстратного фосфорилирования до пирувата. При этом выделяется сравнительно небольшое кол-во энергии.
III. Факультативные анаэробы, могут расти и размножаться как в присутствии О2 воздуха, так и без. Они образуют АТФ при окислительном и субстратном фосфорилировании.
Различают 2 основных О-В процесса: на 2 группы в зависимости от хар-ра конечного акцептора водорода (Н).
Ш дыхание (окисление)- биологический процесс окисления различных органических в-в, при котором происходит перенос протонов и электронов от: -субстрата (донора) к кислороду (акцептору) и образование молекул АТФ.
Ш брожение (ферментация)- это метаболический процесс, при котором: происходит перенос протонов и электронов от субстрата(донора) к субстрату(акцептору).
Если конечным акцептором водорода выступает кислород (может быть свободным и связанным), то этот тип носит название дыхание. Если органическое соединение - брожение.
У всех перечисленных групп О-В процессы происходят в дыхательном аппарате.
v Еn дегидрогеназы отщепляют водород от субстрата, передают его на НАД.
НАД превращается в восстановленную форму, передает водород на НАДФ и затем на систему 2 ФАД.
v Следующий этап - система цитохромов.
Их функции - отщепление электрона от водорода и превращение водорода в протон.
Этот окислительный процесс сопровождается выделением энергии.
§ Параллельно идет процесс окислительного фосфорилирования,
в ходе кот выделенная энергия аккумулируется в макроэргических фосфатных связях типа АТФ.
v Последнее звено ЦПЭ у аэробов - цитохромоксидаза, кот передает электрон на молекулярный О2 и активирует его: в результате он получает способность соединяться с протоном с образованием воды.
Т.о. аэробные бактерии получают энергию путем дыхания, причем в качестве конечного акцептора водорода они требуют наличия молекулярного кислорода.
Подавляющее большинство патогенных бактерий относится к ФАКУЛЬТАТИВНЫМ АНАЭРОБАМ. Они, в зависимости от условий внеш ср (наличие или отсутствие О2), могут получать энергию и путем дыхания, и путем брожения.
Подобная гибкость энергодающих процессов характерна только для бактерий.
Бактерии у которых отсутствует Еn цитохромоксидаза. В качестве конечного акцептора О2 могут использовать не свободные молекулы О2, а находящиеся в составе окисных соединений.
Облигатно-анаэробные бактерии получают энергию только путем брожения.
У них отсутствует и система цитохромов, и цитохромоксидаза.
Окислительное фосфорилирование осуществляется на уровне субстрата.
В ряде случаев водород может передаваться системой флавиновых ферментов не на субстрат, а на молекулярный О2 с образованием Н2О2. У них отсутствует Еn каталаза, поэтому Н2О2 накапливается и оказывает на бактерии токсическое действие.
7. Рост и размножение бактерий. Рост на питательный средах(фазы). Современные представления о колониях.
Под ростом клетки понимают координированное воспроизведение клеточных компонентов и структур, ведущее в конечном итоге к увеличению массы клетки.
Термином «размножение» обозначают увеличение числа клеток в популяции.
Большинство прокариот размножаются поперечным делением, некоторые почкованием.
Грибы размножаются путем спорообразования.
При размножении микробной клетки наиболее важные процессы происходят в нуклеоиде, содержащем всю генетическую информацию в двунитевой молекуле ДНК. Репликация ДНК происходит полуконсервативным способом, обеспечивающим равномерное распределение генетического материала между дочерними клетками.
Надежность процесса репликации и правильность расхождения (сегрегация) дочерних цепей обеспечивается связью ДНК с цитоплазматической мембраной.
Репликация начинается в определенной точке (локусе) ДНК и происходит одновременно в двух противоположных направлениях.
Синтез дочерних нитей ДНК идет ступенчато, короткими фрагментами, которые сшиваются специальными ферментами лигазой.
Когда бактерия готова к делению, то начинается процесс репликации. При этом начинается выработка фермента инициатора под действием которого раскручивается ДНК на две равноценные нити.
Вторая нить прикрепляется на противоположном участке ЦПМ - прорепликон. Затем каждая нить достраивается. И после достройки прорепликон превращается в репликатор.Фермент инициатор освобождается для нового цикла.
Спирали растягиваются к полюсам клетки. ЦПМ образует инвагинации - септальные мезосомы - за счет которых формируется клеточная стенки.
Оставшаяся ЦПМ - лизируется соответственным ферментом клетки - аутолизанами.
Весь процесс находится под строгим генетическим контролем.
Культивирование бактерий
Для культивирования используют бактерий используют питательные среды.
При культивировании изучаются культуральные свойства - характер роста бактерий на питательной среде.
Выделяют несколько фаз развития бактерий в питательной среде.
1 фаза покоя - лаг. фаза - продолжительность 3-4 часа с момента внесения бактерий в свежую питательную среду. В эту фазу бактерии растут, адаптируются и готовятся к делению.
2 фаза интенсивного роста - логарифмического роста. ЕЕ продолжительность 6-8 часов - она характеризуется постоянной максимальной скоростью деления клеток, и значительным увеличением числа клеток в популяции;
3 фаза - стационарная, она наступает тогда, когда число клеток в популяции перестает увеличиваться - М-фаза - в эту фазу микробы начинают отмирать.
Остальные делятся. Достигается наибольшая концентрация бактерий. В это время (время генерации между 2 делениями) является величиной постоянной. Для E.coli - 20мин. Для M. tuberculosis - 16, 18 часов.
Это связано с тем, что наступает равновесие между числом в вновь образующихся и гибнущих клеток.
Число живых бактериальных клеток в популяции на единицу объема питательной среды в стационарной фазе обозначается как М - концентрация.
Этот показатель является характерным признаком для каждого вида бактерий.
4 фаза - фаза отмирания (логарифмической гибели), которая характеризуется преобладанием в популяции числа погибших клеток и прогрессивным снижением числа жизнеспособных клеток популяции.
Прекращение роста численности (размножения) популяции, микроорганизмов наступает в связи с истощением питательной среды и или накопления в ней продуктов метаболизма микробных клеток.
Поэтому удаляя продукты метаболизма или заменяя питательную среду, регулируя переход микробной популяции из стационарной фазы в фазу отмирания, можно создать открытую биологическую систему, стремящуюся к установлению динамического равновесия на определенном уровне развития популяции. Такой процесс выращивания микроорганизмов называется проточным культивированием. Для изучения метаболических процессов на протяжении цикла клеточного деления возможно также использовать синхронные культуры - это все члены популяции, которые находятся в одной фазе цикла.
Некультивируемые формы бактерий
У многих видов Гр(-) бактерий существует особое приспособительное, генетически регулируемое состояние, эквивалентное цистам, в которое они могут переходить под влиянием неблагоприятных условий и сохранять свою жизнеспособность до нескольких лет.
Главная особенность такого состояния в том, что бактерии в нем не размножаются и не образуют колоний на питательной среде. Такие не размножающиеся, но жизнеспособные бактерии и называются некульвируемыми формами бактерий (НФБ).
Клетки этих бактерий находятся в метаболически активном состоянии, они высокоустойчивы к воздействию условиям внешней среды. Для их обнаружения используют методы молекулярногенетического анализа (ДНК-гибридизацию, ПЦР).
Колония - видимое невооруженным глазом скопление бактерий на плотной питательной среде;
Культуральные свойства бактерий
При росте на жидких питательных средах бактерии чаще всего вызывают равномерное помутнение, иногда -- выпадение осадка: крошковатого (стрептококки), хлопьевидного (стрептобациллы), бульон при этом остается прозрачным.
Некоторые бактерии образуют пленку на поверхности жидкой среды: сухую чешуйчато-бородавчатую (туберкулезная палочка), тонкую, нежную (холерный вибрион), рыхлую, с отходящими вниз отростками -- «сталактитами» (возбудитель чумы)
Еще более разнообразен рост бактерий на плотных питательных средах. Образуемые при этом колонии различаются по многим признакам: размерам, форме, консистенции, структуре, прозрачности, цвету и др.
Колонии бывают очень мелкими (0,1-0,5 мм), мелкими (0,5-3,0 мм), средних размеров (3-5 мм) и крупными (более 5 мм в диаметре).
Они могут быть круглыми (дисковидными); плоскими; иметь форму, напоминающую львиную гриву («голову Медузы»); ризоидными и т. п.. Края колонии могут быть гладкими, зазубренными, фестончатыми, изрезанными.
Поверхность колонии бывает гладкая или шероховатая, влажная или сухая, ровная или складчатая, плоская или выпуклая, а ее консистенция -- плотная, рыхлая, слизистая.
Колонии могут быть прозрачными, полупрозрачными, непрозрачными и различаться по другим признакам, например у некоторых бактерий центр мутный, а периферическая зона полупрозрачна.
Все эти признаки, как правило, видоспецифичны, поэтому они имеют важное диагностическое значение, т. е. их изучение используется для определения видовой принадлежности исследуемой культуры.
8. Бактериальная биопленка. Строение. “Quorum sensing” - механизмы
Биопленка - это высокоорганизованное сообщество бактерий, необратимо прикрепленных к субстрату и друг другу и защищенных пленкой.
Образование биопленки объясняет социальное поведение в популяции (у бактерий обнаружены вещества, которые аналогичны гормонам и цитокинам человека. Эти вещества обеспечивают межклеточное взаимодействие)
Формирование биопленка:
1. Бактерии прикрепляются к поверхности.
2. Рост.
3. Во время роста продуцируют экзогенные полисахариды, которые образуют матрикс.
4. Покидают пленку.
В организме человека бактерии нормальной микрофлоры находятся в составе биопленки. Биопленочные инфекции связаны с установкой катетера, проведением искусственной вентиляции легких, имплантацией искусственных клапанов сердца.
“Quorum sensing”
Внутри колонии клетки существуют в разной стадии (делящиеся, спонтаннообразующиеся, покоящиеся) .
Особенности структуры колоний:
1. Имеются вертикальные слои клеток и горизонтально расположенные зоны.
В колониях образуются микроскопические воздухоносные каналы, через которые поступают питательные вещества и выводятся продукты метаболизма - структуры для транспорта кислорода.
2. В колониях обнаружен бактериальный аппоптоз (запрограммированная гибель) и альтруизм.
Аппоптоз начинается в максимальную стационарную фазу, когда истощаются питательные вещества, следовательно, часть клеток погибает и образуются продукты метаболизма, которые служат для питания другим клеткам.
В 1994 году был предложен термин “Quorum sensing” - это многоклеточный механизм бактериального общения, предназначенный для контроля экспрессии генов, в зависимости от плотности бактериальной популяции.
Ключевым сигналом к запуску является увеличение плотности популяции.
Описан ряд процессов, протекающих при высокой плотности:
1. Продукция экзоферментов и других факторов вирулентности;
2. Продукция антибиотиков;
3. Образование спор;
4. Образование биопленки.
В реализации данного механизма принимают участие различные Механизмы:
1. Механизм непосредственного контакта клеток - передача информации. осуществляется за счет пили и других поверхностных структур.
2. Выработка бактериями диффундирующих химических агентов - химический способ общения. бактерии выделяют во внешнюю среду сигнальные молекулы. показано, что выработка сигнальных молекул начинается при определенной плотности популяции - М-фаза. эти сигнальные молекулы воспринимаются сенсорными молекулами, передают сигнал клеткам и связываются с рецепторами белка репрессора. следовательно, блокируют репрессор и нарушается связь рецептора с соответствующими генами, что запускает синтез соответствующего продукта.
3. Доказано, что между клетками в популяции действуют физические факторы дистантной коммуникации. под действием этих факторов культура одного вида посылает сигналы другому виду и другой вид начинает усиленно размножаться.
9. Бактериологическое исследование. Основные биологические свойства бактерий, определяемых в ходе бактериологического исследования и методы их изучения