А.И. Нетрусов, И.Б. Котова - Микробиология (1125593), страница 15
Текст из файла (страница 15)
ог Плотность бактериальной суспензии снижалась бы экспоненциально х=хо е в'. Но бактерии тоже растут экспоненциально х = хр . е" '. При этом скорость прироста г(х рх = гтг Следовательно, скорость изменения плотности суспензии: г(х — = р„-)7,. пг Если скорость прироста и скорость вымывания равны, то система находится в состоянии динамического равновесия. Зависимость константы скорости роста р от концентрации субстрата С, описывается кривой насыщения: 80 с, К,+С, где К, — концентрация субстрата, при которой р = 2 Если истинная константа р вследствие лимитации по субстрату оказывается меньше р, то скорость разбавления можно менять в широких пределах, не опасаясь, что зто приведет к снижению плотности суспензии„однако 2) не должно превышать р 6 5 о И й о 2 Р- о О О 1 2 3 тг 5 6 7 8 9 10 Время, ч А Р й и В' о О 1 2 3 ся 5 6 7 В 9 1О Время, ч Б Рис. 68.
Влияние скорости разбавления (()) иа плотность суспензии (А) и концентрацию (Б) субстрата (Б) при росте культуры в хемостате 81 Уже при небольших концентрациях субстрата бактерии растут с достаточно высокой скоростью, а если С, велико, то р — ~ ц,„. При переходе от периодического культивирования к непрерывному в режиме хемостата в зависимости от установленной скорости разбавления плотность суспензии и концентрация субстрата будут меняться по-разному (рис. 68).
Работа турбидастата основана на поддержании постоянной плотности бактериальной суспензии. Фотоэлемент измеряет плотность вытекающей суспензии и автоматически изменяет проток (чем плотнее культура, тем больше подается среды). В сосуде для культивирования все питательные вещества содержатся в избытке, а скорость роста бактерий приближена к максимальной. При таком принципе работы возникают технические проблемы пристеночного обрастания поверхностей, в том числе и фотометрической кюветы.
Контроль роста микроорганизмов Для практических целей важно осуществлять контроль за ростом микроорганизмов и подавлять развитие нежелательных форм. Активность микроорганизмов может, например, приводить к порче продуктов и развитию заболеваний. Поэтому бывает необходимо подавить микроорганизм или приостановить его рост. Агенты, вызывающие такие последствия, называют соответственно бактерицидными и бактериостатическими. Характер действия антимикробного агента часто зависит от концентрации. К тому же следует помнить, что для некоторых микроорганизмов эти вещества, наоборот, могут быть источниками углерода и энергии. Если необходимо убить все микроорганизмы в (на) объекте, то говорят о стерилизации.
Для стерилизации применяют антимикробные агенты с широким спектром действия. Все антимикробные агенты для удобства распределяют по нескольким группам в соответствии с механизмом их действия. Первая груляа включает вещества, приводящие к повреждению поверхностных клеточных структур. Например, 70%-й этанол коагулирует белки, оказывая бактерицидное действие. Фенолы, крезолы, нейтральные мыла и различные поверхностно-активные вещества нарушают избирательную проницаемость цитоплазматической мембраны.
С детергентами сходны по своему действию некоторые полипептидные антибиотики (полимиксин, бацитрацин, субтилин, низин). Зтауая гууяяа объединяет вещества, действующие как ферментные яды и нарушающие нормальный метаболизм (например, тяжелые металлы — медь, ртуть, свинец). Они связываются с БН-группами белков, нарушая их пространственную структуру. Ци- Ю,— 1ЧН, 83 анид и СО действуют как дыхательные яды, блокируя цитохромоксидазы.
2,4-Динитрофенол является разоб- ! шителем процессов окисления и фосфорилирования. Арсенат ингибирует субстратное фосфорилирование. Анти- ~~2 мицин А нарушает процесс переноса элекзронов по дыхатель ой цепи, ин- р гибируя цитохром с-редуктазу. Фгорацетат блокирует работу цикла трикарбоновых кислот. Третья группа включает аналоги нормальных метаболитов, которые конкурируют с ними за каталитический центр фермента. Например, на этом основано лекарственное действие сульфаниламидных препаратов (рис. 69).
У бактерий ПАБК является предшественником тетрагидрофолага. При включении структурного аналога (сульфаниламида) образуется нефункционирующий фермент и рост бактерий останавливается. На животные клетки при этом вредного воздействия не оказывается, так как фолиевая кислота в них пе лою не синтезируется. Четвертая гвулма объединяет вещества, нарушающие нормальные процессы синтеза полимеров.
Например, на белковый синтез действуют антибиотики стрептомицин и неомицин (подавляют связывание аминокислот между собой), эритромицин (нарушает функции 508-субъединицы рибосом), тетрациклин (препятствует связыванию аминоацил-тРНК с рибосомами), хлорамфеникол (подавляет функцию пептидилтрансферазы). Некоторые антибиотики подавляют синтез нуклеиновых кислот (митомицин С, актиномицин Д, рифампицин). Пенициллин и ряд других антибиотиков подавляют синтез пептидогликана (рис. 70). Пятая группа включает вещества, оказывающие опосредованное действие (обычно, бактериостатическое). Например, высокие концентрации ~ЧаС! и сахаров снижают активность воды, оказывая консервирующее действие. Итак, можно сделать вывод о том, что важное место среди антимикробных агентов занимают антибиотики.
Введение их в медицинскую практику в значительной мере снизило смертность от инфекционных болезней. Необходимо отметить, что наблюдения за антимикробной активностью одних микроорганизмов по отношению к другим, патогенным, и даже попытки выделения ответственных за это веществ проводились с конца Х(Х в., но они не имели систематического характера. В 1929 г. А.
Флемингом, в большой мере случайно, был открыт новый препарат пенициллин, который в кристаллическом виде был получен только в 1940 г. Затем процесс поиска новых антибиотиков и их продуцентов существенно ускорился. К настоящему времени известно около 3 тыс. о Мембрана Периплазма Р— См С55 — Р цитоплазма Мог!ЧАе — 00Р ! Б — А1а ОМР 0 — О!о ! гп — А!реп 0 — А1а ! 0 — А!а Транслоказа Бацитрацин О1«ХАе — ПОР + Мог1ЧАе Р— Р— См ! 1. — А1а 0 — О!о ! Моеномипин Трансфера за '" гвгл ! С -Р- 55 l 0 — А!а ! 0 — А1а Трансгликозилаза О1С!ЧАС вЂ” Мпг1ЧАС Р вЂ” Р— С5 С55 — Р— МогХАе — О!СХАс ! Пà Š— А1а 1а Тра БОР ! 0 — ОЬ ! ! 0 — О!и ! пеп гп — Азргп Агре' 0 — А1а ! 0 — А1а 0 — А1а — Ванкомицин — ! 0 — А!а 0 — А1а Пенициллин Рис.
70. Схема образованна предшественников муренна, связывания их с липидом и переноса через ППМ. На схеме указаны места действия антибиотиков, нарушающих процесс синтеза клеточной стенки бактерий 84 антибиотиков и только около ста из них нашли применение в медицине. Однако антибиотики не стали панацеей от всех бед, так как активное их применение привело к появлению многообразных микробных форм с резистентностью к этим соединениям.
Устойчивость связана, с одной стороны, с выработкой ферментов, расщепляющих антибиотики, с другой — с выработкой мощных транспортных систем, выбрасывающих чужеродные вещества (в том числе антибиотики) из клетки. Распространение устойчивости среди бактерий связывают с «горизонтальным» переносом плазмид резистентности. Этому способствует применение антибиотиков не только по прямому назначению как антимикробных агентов, но и для профилактики, как стимуляторов роста, консервантов, а также в ветеринарии и растениеводстве.
Для исключительных случаев существует несколько антибиотиков «стратегического запаса» (они не должны попадать в окружающую среду, чтобы в ответ не появились резистентные формы микробов). Для преодоления множественной лекарственной устойчивости возбудителей осуществляется постоянный поиск новых антибиотиков, проводится химическая модификация известных молекул и выяснение путей подавления транспортных систем экскреции лекарственных веществ. Контрольные вопросы 1. Дайте определение макро- и микроэлементам. 2.
Чем определяется роль витаминов в метаболизме микроорганизмов? 3. На какие группы подразделяются микроорганизмы по отношению к количеству и качеству питательного субстрата в среде обитания? 4. Назовите типы питания микроорганизмов. Сравните возможности микроорганизмов и высших организмов в этом отношении. 5.
Каковы особенности периодического культивирования микроорганизмов? б. Чем отличаются непрерывные культуры микроорганизмов, функционирующие в режиме хемостата и турбиаостата? 7. Приведите классификацию антимикробных агентов. Назовите причины возникновения среди микроорганизмов множественной лекарственной устойчивости.
Глава 5 ДЕЙСТВИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА МИКРООРГАНИЗМЫ Активность воды Микроорганизмы распространены повсеместно, поэтому они подвергаются воздействию различных физико-химических факторов, что приводит к необходимости выработки соответствующих защитных механизмов. Некоторые микроорганизмы способны существовать в условиях широкого спектра различных факторов. В осуществлении метаболизма важную роль играет активность воды а„, равная отношению давления паров раствора к давлению паров чистой воды.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
