Тема 6. физиология бактерий. ферменты бактерий. выделение чистых культур аэробных и анаэробных бактерий

Мясной разносол: пальчики оближешь

Ученые научились выделять ферменты бактерий, а практики применять их в повседневной жизни. Например, при переработке мясного сырья. В зависимости от механизма обработки мяса меняются вкусовые качества продукции, и бактерии играют тут не последнюю роль.

Особенное значение имеет помощь микроорганизмов в изготовлении ветчины и окороков. Именно качественный рассол способствует тому, что мясная продукция приобретает ветчинный вкус и аромат, а также розовую окраску. Закваски для приготовления рассолов выращивают в лабораторных или промышленных условиях.

Мясо имеет неоднородную структуру. Оно состоит из мышечной и соединительной ткани. Используя знания по микробиологии, промышленные технологи научились использовать бактериальные вещества для размягчения грубых волокон. Это значительно улучшает вкус готовой продукции.

Ферментные препараты безвредны для человеческого организма. Они имеют белковую структуру, а значит теряют активность при тепловой обработке.

Врачи отмечают, что понимание физиологии бактерий и их ферментов играет ключевую роль в медицине и микробиологии. Аэробные и анаэробные бактерии отличаются по своим метаболическим путям, что влияет на их жизнедеятельность и патогенность. Аэробные бактерии требуют кислорода для роста, тогда как анаэробные могут развиваться в его отсутствии, что делает их важными для различных биохимических процессов.

Выделение чистых культур этих микроорганизмов позволяет врачам проводить точные исследования и разрабатывать эффективные методы лечения инфекционных заболеваний. Ферменты, вырабатываемые бактериями, могут быть использованы как в диагностике, так и в терапии, например, в производстве антибиотиков. Таким образом, изучение физиологии бактерий и их ферментов открывает новые горизонты для медицинской науки и улучшает подходы к лечению пациентов.

Лекция 6 – Выделение чистой культуры аэробов (3-4 день). Выделение чистой культуры анаэробов

Что же о них известно?

Ферменты – это вещества, которые ускоряют биохимические реакции. Они непосредственно принимают участие в механизме жизнедеятельности микроорганизмов. При этом количественный состав катализаторов не меняется, проще говоря, они не расходуются.

Ферменты у бактерий имеют белковую природу. Согласно классификации, они бывают:

• однокомпонентные – в состав входит только белковая часть;
• двухкомпонентные – содержат в своем составе как белковую, так и небелковую часть.

На активность катализаторов большое влияние оказывает температура окружающей среды. Идеальной для всех бактериальных клеток является температура в пределах 37-40ºC. При уменьшении температурного режима активность веществ сильно падает. А вот при увеличении, наоборот, каталитическая функция значительно усиливается.

Температура свыше 80ºC считается критической, потому что при таких условиях ферменты бактерий безвозвратно деактивируются, дыхание замедляется. Соответственно, механизм жизнедеятельности бактериальной клетки нарушается.

Механизм действия катализаторов довольно специфичен. Связано это с тем, что каждый фермент имеет каталитическое влияние только на конкретные вещества, которые участвуют в схожих химических реакциях. Например, в процессе дыхания или размножения.

В состав микроорганизмов входит определенное количество ферментов, которые называются конститутивными. Они синтезируются в бактериальной клетке непрерывно. Провести идентификацию микроорганизмов помогают именно конститутивные ферменты.

Примечательно, что попадая в питательную среду (например, субстрат с добавлением лактозы), бактерии синтезируют ферменты, которые у них раньше не присутствовали. Их называют индуцибельные. Они помогают бактериальным клеткам приспособиться к изменениям условий обитания.

Агрессивны и очень опасны

Возбудителями инфекционных заболеваний являются болезнетворные микроорганизмы. Патогенность обусловлена на их генетическом уровне и является видовым признаком. Микробы ведут паразитический образ жизни в организме человека и животных. Очень часто они попадают внутрь через органы дыхания или пищеварительную систему.

Патогенность бактерий объясняется тем, что в процессе жизнедеятельности они вырабатывают ядовитые вещества. Выработка и действие токсинов прекращаются только после полного разрушения болезнетворной бактериальной клетки.

Микроорганизмы облегчают себе работу по внедрению в живые клетки, выделяя ферменты агрессии. Ослабляя защитные свойства организмов, они получают возможность беспрепятственно в них размножаться.

Медики выделяют бактерии, которые имеют условную патогенность. Они не вызывают заболеваний у человека с высоким иммунитетом. А вот попав внутрь ослабленного организма, могут привести даже к летальному исходу.

Физиология бактерий и их ферменты играют ключевую роль в понимании микробиологии и биотехнологии. Многие исследователи отмечают, что бактерии способны адаптироваться к различным условиям окружающей среды, что делает их уникальными организмами. Аэробные бактерии, использующие кислород для метаболизма, и анаэробные, которые могут обходиться без него, демонстрируют удивительное разнообразие ферментативных процессов.

Выделение чистых культур этих микроорганизмов является важным этапом в научных исследованиях и промышленности. Это позволяет изучать их свойства, взаимодействие с другими организмами и применение в различных областях, таких как медицина и экология. Ученые подчеркивают, что понимание механизмов действия ферментов бактерий открывает новые горизонты для создания антибиотиков и биокатализаторов. В целом, исследования в этой области способствуют развитию новых технологий и улучшению качества жизни.

Пигменты и Ферменты бактерий

Они везде: внутри и снаружи

В микробиологии применяется классификация ферментов по месту локализации в бактериальной клетке.

• Экзоферменты выделяются  клеткой в окружающую среду. Действие их заключается в том, что они расщепляют питательные вещества на низкомолекулярные фрагменты. Это значительно облегчает их транспортировку вглубь клетки. Экзоферменты играют важную роль в механизме защиты – дезактивируют антибактериальные вещества.
• Эндоферменты размещаются в цитоплазме бактериальной клетки. Их действие не выходит за пределы клетки. Они участвуют в процессе дальнейшего расщепления питательных веществ.

Современная наука провела идентификацию более 1000 бактериальных катализаторов. Для облегчения дальнейших действий ученые разработали их классификацию:

• оксидоредуктазы — принимают непосредственное участие в процессе дыхания микроорганизмов;
• трансферазы — катализируют биохимические реакции при транспортировке групп атомов между соединениями;
• гидролазы — участвуют в расщеплении сложных жиров, белков, углеводов при непременном присутствии воды;
• лиазы — отщепляют от субстрата либо присоединяют к нему конкретную категорию атомов без помощи воды;
• изомеразы — оказывают действие непосредственно на органические соединения;
• лигазы — незаменимы в механизме углеводного и азотного обмена веществ, синтезируя сложные органические комбинации из более простых.

Микроорганизмы прочно обосновались в народном хозяйстве

Человечество научилось извлекать пользу от соседства с бактериями. Множество ферментов встало на службу человеку и исправно выполняет свою миссию. В каких же сферах они используются? И каков механизм их действия?

• Протеазы используют в кожевенном производстве для обработки сырьевого материала. Кроме того, они замечательно выводят стойкие белковые пятна от крови, соусов, молока.
• Целлюлаза при добавлении в стиральный порошок замечательно удаляет катышки с одежды. Характерной особенностью таких средств является то, что все действия (стирку, замачивание) можно проводить только в теплой воде. Потому что высокие температуры для целлюлазы губительны.
• Амилазы незаменимы в хлебопечении. Именно благодаря их воздействию на тесто происходит его разбухание и поднятие. Ароматные мягкие булочки и душистый хлеб «дарят» нам именно ферменты, и бактерии щедро делятся ими с человеком.
• Ферменты у дрожжевых бактерий применяются при изготовлении пива. Используя комплексные сочетания ферментов бактерий, производители получают самые разнообразные виды напитка. Кроме того, во избежание образования осадка в спиртных напитках в них добавляют папаин или пепсин, которые оказывают действие на белковые структуры, растворяя их.

Отдельное внимание стоит уделить каталитическим веществам, которые используются медициной. Ведь их способность затягивать раны рассасывать тромбы, бороться с инфекциями поистине нельзя переоценить

Культивирование аэробных и анаэробных микроорганизмов

Вопрос-ответ

Как выделяют чистые культуры анаэробных бактерий?

Для выделения чистой культуры облигатных анаэробных микроорганизмов делают посев глубинным способом в пробирки с плотной питательной средой . Для уменьшения диффузии кислорода поверхность среды заливают стерильным вазелиновым маслом.

Какие существуют методы выделения чистых культур?

Метод Пастера Метод Коха («пластинчатые разводки») Метод Шукевича Метод Дригальского Метод Вейнберга Метод Хангейта Выделение отдельных клеток с помощью микроманипулятора

Как выделить бактерии в чистую культуру?

Получение чистой культуры бактерий обычно достигается путем распределения бактерий на поверхности твердой среды таким образом, чтобы одна клетка занимала изолированную часть поверхности агара . Эта одна клетка будет проходить через многократное размножение, чтобы произвести видимую колонию подобных клеток, или клонов.

Как выделить спорообразующие анаэробные бактерии в чистую культуру?

Метод Цейсслера применяется для выделения чистых культур спорообразующих анаэробов. Для этого производят посев на среду Китт-Тароцци, прогревают 20 мин при 80 °C (для уничтожения вегетативной формы), заливают среду вазелиновым маслом и инкубируют 24 ч в термостате.

Советы

СОВЕТ №1

Изучите основные характеристики аэробных и анаэробных бактерий, чтобы лучше понимать их физиологию и роль в различных экосистемах. Знание о том, как они используют кислород и какие условия необходимы для их роста, поможет вам в выделении чистых культур.

СОВЕТ №2

При работе с бактериями обязательно соблюдайте стерильность. Используйте автоклавирование для стерилизации оборудования и среды, чтобы избежать контаминации и получить чистые культуры. Это особенно важно при работе с анаэробными бактериями, которые чувствительны к кислороду.

СОВЕТ №3

Обратите внимание на ферменты, вырабатываемые бактериями, так как они играют ключевую роль в их метаболизме. Изучение ферментативной активности поможет вам лучше понять, как бактерии взаимодействуют с окружающей средой и какие условия способствуют их росту.

СОВЕТ №4

Проводите эксперименты с различными питательными средами, чтобы определить оптимальные условия для роста конкретных штаммов бактерий. Это поможет вам выделить чистые культуры и изучить их физиологические особенности более глубоко.