Факторы роста. Аутотрофы и прототрофы.

При составлении питательных сред необходимо добавлять вещества, получившие название факторов роста. Это различные витамины, аминокислоты (без которых невозможен синтез белка), пиридиновые и пиримидиновые основания (предшественники нуклеиновых кислот) и др.

Микроорганизмы, нуждающиеся в каком-то одном или нескольких факторах роста, называются ауксотрофными в отличие от прототрофных бактерий, которые в данных соединениях не нуждаются и способны сами их синтезировать.

Классификация факторов стимулирующих рост бактерий Факторы, стимулирующие рост бактерий, разделяют на три категории.

Вещества, присутствие которых обязательно для роста бактерий. Это может быть определённая аминокислота, например гистидин, для штамма Salmonella thyphimurium - (гистидин-отрицательный), ауксотрофного по гистидину, либо набор витаминов (лактофлавин, тиамин, биотин, фолиеван и пантотеновая кислота).

Факторы, отсутствие которых не вызывает полной остановки роста культуры. Обычно это определённые витамины, входящие в состав простетических групп ферментов и необходимые в очень малых количествах.
Факторы, синтезируемые самими микроорганизмами и добавление которых в среду ускоряет рост, но это условие не обязательно (например, в синтетическую среду культивирования Escherichia coli можно добавить дрожжевой автолизат для интенсификации роста, но и на простой минеральной среде с глюкозой бактерия будет расти).

Пусковые факторы роста выделяют в особую категорию. Они имеют существенное значение для начала роста культуры. Позднее клетки культуры синтезируют все необходимые для их роста продукты самостоятельно. В качестве примера можно привести необходимость следовых количеств гистидина для роста ревертантов Salmonella his- и их обратной мутации в his+ (гистидинположительный).
Витамины как факторы роста. Никотиновая кислота или ее амид является фактором роста для многих микроорганизмов — дифтерийной палочки, золотистого стафилококка, дизентерийных бактерий и др. Она входит в состав коферментов никотин амиддинуклеотида и никотин ампддинуклеотидфосфата, которые являются переносчиками водорода и необходимы для осуществления в клетках окислительно восстановительных реакций. Гемин — составная часть гемоглобина представляет собой железопорфирин. Он входит в структуру некоторых дыхательных ферментов (цитохром, цитохромоксидаза, каталаза, иероксидаза). Пантотеновая кислота — фактор роста и размножения для многих бактерий пропионовокислых, стрептококков, пневмококков, дифтерийной палочки и др. Она действует на рост некоторых бактерий при концентрации порядка 0,0002 мкг в 1 мл среды. Пантотеновая кислота участвует в синтезе коэнзима А, который играет важную роль в ходе клеточных реакций с участием уксусной кислоты (ацетилирование), в частности в образовании жирных кислот, фосфолипидов, холина и пр. Тиамин представляет собой сложное соединение, в которое входят пиримидин и тиазол. Биологическое значение тиамина определяется тем, что он входит в состав тиаминниро фосфата — кофермента кокарбоксилазы, играющего важную роль в углеводном обмене и обеспечивающего декарбоксилирование а кетокислот. Рибофлавин (витамин Вг) как фактор роста необходим для некоторых молочнокислых бактерий, столбнячной палочки (CI. tetani), возбудителя газовой гангрены (CI. perfringens), гемолитического стрептококка (Str. haemolyticus) и др.
Биологическое значение рибофлавина как фактора роста обусловливается его участием в окислительно восстановительных процессах. Пиридоксин и его производные пиридоксаль и пиридоксамин играют важную роль в обмене и декарбоксилирования аминокислот.

Ферменты бактерий.

У бактерий по характеру вызываемых ими превращений обнаруживаются следующие основные группы ферментов:

· гидролазы, вызывающие расщепление протеинов, углеводов, липидов путем присоединения молекул воды;

· оксидоредуктазы, катализирующие окислительно-восстановительные реакции;

· трансферазы, осуществляющие перенос отдельных атомов, от молекулы к молекуле;

· лиазы, отщепляющие химические группы негидролитическим путем;

· изомеразы, участвующие в углеводном обмене;

· лигазы, способствующие биосинтетическим реакциям клетки.

Ферменты бактерий классифицируются на экзоферменты и эндоферменты. Экзоферменты выделяются бактериальной клеткой в окружающую среду для внеклеточного переваривания. Этот процесс осуществляется с помощью гидролаз, которые расщепляют макромолекулы питательных веществ до простых соединений — глюкозы, аминокислот, жирных кислот. Такие соединения могут свободно проходить через оболочку клетки и с помощью пермеаз передаваться в цитоплазму клетки для участия в метаболизме, являясь источниками углерода и энергии. Некоторые экзоферменты выполняют защитную функцию, например, пенициллиназа, выделяемая многими бактериями, делает клетку недосягаемой для антибиотика — пенициллина.

Ферменты бактерий классифицируются также на конститутивные и индуцибельные. Конститутивными называются такие ферменты, которые синтезируются клеткой независимо от наличия субстрата в среде, индуцибельные ферменты образуются бактериями только при наличии в среде соответствующего индуцирующего соединения, т. е. субстрата данного фермента. Например, в геноме кишечной палочки заложена способность разлагать лактозу, но только при наличии в среде лактозы клеткой синтезируется фермент, катализирующий ее гидролиз.

Патогенные бактерии обладают наряду с ферментами обмена также ферментами агрессии, являющимися факторами вирулентности. К таким ферментам относятся

· гиалуронидаза,

· дезоксирибонуклеаза,

· коллагеназа,

· нейраминидаза, и др.

Гиалуронидаза стрептококков, например, расщепляет гиалуроновую кислоту в мембранах клеток соединительных тканей макроорганизма, что способствует распространению возбудителей и их токсинов в организме, обуславливая высокую инвазивность этих бактерий.

Плазмокоагулаза является главным фактором патогенности стафилококков, так как участвует в превращении протромбина в тромбин, который вызывает образование фибриногена, в результате чего каждая бактерия покрывается пленкой, предохраняющей ее от фагоцитоза.