А.И. Нетрусов, И.Б. Котова - Микробиология (1125593), страница 13
Текст из файла (страница 13)
Почему покоящиеся формы прокариот обладают значительной устойчивостью во внешней среде? 10. Перечислите способы размножения у прокариот. 11. Какие преимущества дает миксобактериям наличие социального поведения? Глава 4 КУЛЬТИВИРОВАНИЕ И РОСТ М И К РОЮ РГАН ИЗМОВ Питание бактерий Требоваппя к питательным веществам. Типы сред.
Микробная клетка содержит в среднем, % по массе: углерода — 50, азота— 14, фосфора — 3 и другие элементы. Для роста и развития микроорганизмов как в лабораторных условиях, так и в природе необходимо наличие питательных веществ для энергетических и конструктивных реакций. Требования разных групп микроорганизмов к источникам энергии и химическим элементам определяются их метаболическими возможностями. Основными биогенньиии элементами являются углерод, азот, фосфор, кислород, водород, сера. Это компоненты белков, углеводов и жиров, а также нуклеиновых кислот. Такие элементы требуются в значительных количествах (г/л) и поэтому их называют макроэлементами. К макроэлементам относят также калий, магний, натрий, кальций и железо, которые обычно присутствуют в клетках в виде ионов и выполняют разные роли. Например, К' необходим для активности большого числа ферментов, в частности ферментов белкового синтеза; Са' опзределяет устойчивость бактериальных эндоспор к нагреванию; Мя ' стабилизирует рибосомы, многие ферменты и клеточные мембраны; Ее ' и ге' являются частью цитохромов и кофакторами электронпереносящих белков.
К микроэлементам, необходимым в микромолярных количествах, относят ионы таких металлов, как хром, кобальт, медь, молибден, марганец, никель, селен, вольфрам, ванадий, цинк, обычно входящих в состав ферментов и кофакторов. Например, Со ' является компонентом витамина Вгн Сцп входит в состав цитохромоксидазы и купредоксинов, Мп ' активирует ферменты, катализирующие перенос фосфатных групп, Моп входит в состав нитрогеназы и нитратредуктазы, % ' является компонентом уреазы, гидрогеназы, кофактора Г4м, Хп ' входит в состав карбоангидразы, ДН К- и РНК-полимераз и т.д.
Необходимые для микроорганизмов количества микроэлементов содержатся в обычной водопроводной воде. При работе на дистиллированной воде микроэлементы добавляют специально. Некоторые группы микроорга- 71 низмов проявляют специфические потребности. Например, для диатомей необходимо присутствие большого количества соединений кремния, из которых они строят свои клеточные стенки. Часто для обозначения питательных потребностей организма пользуются терминами «прототроф» и «ауксотроф» Прототроф не нуждается в факторах роста, ауксотроф требует добавления таких факторов в среду.
Ауксотрофные формы часто являются мутантными организмами, или патогенами. Фактором роста в принципе может называться любое вещество. Например, молочнокислые бактерии нуждаются в наборе почти всех аминокислот, и в данном случае они и являются факторами роста. Но чаще ауксотрофность проявляется по витаминам (кофакторам ферментов).
Обычно источником комплекса витаминов служит дрожжевой автолизат (автолиз дрожжей проводят при температуре 50'С с небольшим количеством толуола) с добавлением витамина Вп, так как в дрожжевом автолизате его мало. Дрожжевой автолизат — это также и источник азота в виде аминокислот и полипептидов. Витамины играют важную роль в метаболизме. Пара-аминобензойная кислота (ПАБК) является предшественником фолиевой кислоты — кофактора реакций переноса метильных групп.
ПАБК должна поступать в организм животных с пищей или в результате деятельности микроорганизмов кишечника. Биотин (витамин Н) участвует в метаболизме жирных кислот, в реакции гетеротрофной фиксации СОз на пирувате (реакции Вуда — Веркмана). Витамин В„(кобаламин) принимает участие в переносе С,-фрагментов и в синтезе дезоксирибозы.
Липоевая кислота переносит ацильные группы, например при декарбоксилировании оксоглугарата. Пантотеновая кислота — предшественник кофермента А (КоА), участвующего в переносе ацетила. Рибофлавин (В,) — предшественник ФМН и ФАД, переносчиков электронов. Тиамин (В,) является кофактором 2-оксоглутаратдсгидрогеназы, а также участвует в переносе альдегидных групп. Витамин В, (пиридоксаль) принимает участие в превращениях амино- и кетокислот. Витамин К (хинон) является переносчиком электронов, участвует в синтезе сфинголипидов, а также активирует систему свертывания крови у животных. Ниацин (никотиновая кислота) важна как предшественник НАД' и НАДФ', переносящих электроны и протоны.
Для микроорганизмов, использующих в своем обмене веществ ионы двухвалентного железа, фактором роста могут считаться сидерофоры (в частности, гидроксаматы), транспортирующие Ге ' в клетку в аэробных зонах. Что касается спектра потребляемых органических веществ, то у некоторых микроорганизмов он очень широк (например, у Ряеийотопаз, Ас6лотусез), у других — достаточно узок (например, у облигатных метилотрофов). В то же время имеются микроорга- 72 низмы, способные использовать сложные неприродные соединения типа пластиков, красителей, пестицидов. У некоторых микроорганизмов потребности в питании так сложны, что они растут только внутри живого организма (например, внутриклеточные паразиты бделловибрио, риккетсии и хламидии).
Микроорганизмам необходимо разное количество питательного субстрата в среде обитания для их роста и развития. Так, олиготро4ные микроорганизмы растут только при низких концентрациях питательных веществ (от долей до 100 мг/л), а обычные концентрации (1 — 100 г/л) лимитируют их рост.
Прн этих концентрациях растут микроорганизмы — колиоерофы. Истинно олиготрофными считаются организмы, эволюционно приспособленные к эксплуатации экониш с постоянно низкими потоками вещества и энергии. Такой рост обеспечивается высокоэффективными транспортными системами и экономным расходованием полученного вещества и энергии. К особенностям метаболизма олиготрофов относят: ° аэробность; ° высокое соотношение поверхности к объему, образование различных выростов; ° малые размеры; ° отсутствие покоящихся стадий; ° высокое сродство к субстрату; ° транспортные системы с широкой субстратной специфичностью, одновременное поглощение всех доступных субстратов; ° способность к накоплению резервных веществ; ° высокая гибкость катаболизма; ° низкие скорости роста в оптимальных условиях; ° регуляция анаболизма скоростью поглощения веществ; ° низкие скорости эндогенного метаболизма.
По способности использовать биологические полимеры, часто нерастворимые в воде, микроорганизмы подразделяются на функциональные группы гидролитиков и диссилотрофов. Первые обладают мощными литическими ферментами, разрушающими высокомолекулярные соединения, и обеспечивают субстратами себя и микроорганизмы, не имеющие гндролаз, а также способствуют возвращению элементов в глобальные циклы. Диссипотрофы (микрофлора рассеяния) не имеют экзогидролаз и потребляют те вещества, которые по различным причинам остались неиспользованными гидролитиками и имеются в незначительных количествах. Разнообразные питательные среды, используемые в микробиологической практике для культивирования микроорганизмов, подразделяются по составу (натуральные, полусинтетические и синтетические), физическому состоянию (жидкие, плотные и сыпучие) и назначению (элективные и дифференциально-диаг- 73 Таблица 4 Таям ввтаввя мвкрооргаввэмов Лонер электро- нов Источник углерода Источник энерми Органические вещества Органи- ческие вещества Фотоорганогетеротрофы (пурпурные несерные бактерии) Фотоорга нов вппрофы (окисдение неусваиваемых веществ) Фотолитогетеротрофы (некоторые зеленые бакгерии, гелиобактерии) Фотал итоавтотрофы (водоросли, цианобактерии) Неорга- нические вещества Энергия химиче- ских связей Органи- ческие вещества Хемоорганогетеротрофы (микроорганиэмы- деструкторы) Хемоорга нов втотрофы (трудноусваиваемые вещества) Неорга- нические вещества Хемолитогетеро|рофы (некоторые суд ьфатредукторы) Хемолитоавппрофы (серуокисдяющие, водородные, нитрифицирующие, железобактерии) 74 ностические).
Для успешного культивирования конкретных групп микроорганизмов необходимо выдерживать оптимальные для них значения ряда физико-химических параметров (рН, температура, освещенность, активность воды и т.д.). Концентрации питательных субстратов в средах для лабораторных исследований, как правило, существенно превышают содержание этих веществ в природных местообитаниях. Широко используемые типы сред, способы культивирования и методы получения различных культур подробно изучаются на практических занятиях. Некоторые специфические приемы культивирования будут рассмотрены в главах, посвященных отдельным группам микроорганизмов (см. гл. 6, 11).
Типы питания микроорганизмов. По типам питания (трофии) все живые существа разделяют на несколько групп в зависимости от природы источников углерода и энергии, а также донора электронов (табл. 4). Организмы, использующие в качестве источника углерода в конструктивном метаболизме углекислоту, называют автотрофами, а использующие готовые органические вещества— гетеротрофами. Если для энергетического метаболизма источником служит свет, то организм называют фототрофом. Хемотрофия характеризуется использованием энергии химических реакций.
При этом органотрофы в качестве донора электронов применяют органическое вещество, а литотрофы — неорганическое. Высшие животные и растения способны только к хемоорганогетеротрофии и фотолитоавтотрофии соответственно, тогда как у микроорганизмов представлены все типы метаболизма, к тому же они могут переключаться с одного типа питания на другой в зависимости от условий. Типы питания можно считать «пробами» эволюции. Следует заметить, что и гетеротрофы могут использовать СОв но в отсутствие органических веществ они расти не могут.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
