Физиология микроорганизмов. Питание, рост и размножение бактерий. Бактериологический метод исследования.

Актуальность темы.

Раздел дисциплины Микробиология «Физиология бактерий» изучает жизнедеятельность, метаболизм бактерий, вопросы питания, получения энергии, роста и размножения бактерий, а также их взаимодействие с окружающей средой. Метаболизм бактерий лежит в основе изучения и разработки методов их культивирования, получения чистых культур и их идентификации. Выяснение физиологии патогенных и условно-патогенных бактерий важно для изучения патогенеза вызываемых ими инфекционных болезней, для постановки микробиологической диагностики, проведения лечения и профилактики инфекционных заболеваний, регуляции взаимоотношения человека с окружающей средой, а также для использования бактерий в биотехнологических процессах с целью получения биологически активных веществ.

Учебные цели:

Ознакомить студентов с различными методами выделения чистых культур, научить делать посевы петлей, штрихами, уколом.

Для формирования профессиональных компетенцийобучающиеся должны знать:

­ физиологию бактерий;

­ метаболизм бактерий;

­ питание, рост и размножение бактерий;

­ классификацию питательных сред; требования, предъявляемые к питательным средам;

­ принципы культивирования бактерий;

­ механические и биологические методы выделения чистых культур аэробных и факультативно-анаэробных бактерий.

 

Для формирования профессиональных компетенций студент должен уметь:

ü выделить чистую культуру бактерий путем механического разобщения и биологическими методами;

ü стерильно засеять микробы на питательные среды, пользуясь петлей и шпателем;

ü провести идентификацию бактерий по морфологическим, тинкториальным, культуральным свойствам.

 

В результате освоения темы обучающийся должен владеть:

ü методикой выделения чистой культуры бактерий;

ü методикой посевов на питательные среды петлей, штрихами, уколом;

ü компетенциями:ОК-1, ОПК-7, ПК-1, ПК-3, ПК-13, ПК-18 и трудовыми функциями А/04.7, А/05.7, А/06.7.

3. Вопросы для самоподготовки к освоению данной темы

1) Источники питания для микроорганизмов. Типы питания микроорганизмов.

2) Классификация бактерий по типам питания.

3) Ферменты бактерий.

4) Транспорт веществ в бактериальную клетку.

5) Конструктивный метаболизм в бактериальной клетке.

6) Рост и размножение бактерий.

7) Кривая роста бактерий в жидкой питательной среде.

8) Питательные среды для культивирования   бактерий. Требования, предъявляемые к ним.

9) Классификация питательных сред в зависимости от консистенции (жидкие, полужидкие, плотные), состава (простые, сложные) и назначения (элективные, дифференциально-диагностические, комбинированные среды и среды обогащения).

10)Методы выделения чистых культур аэробов (механические и биологические). Понятие вида, штамма, колонии, чистой культуры бактерий.

11)Метод Дригальского как метод выделения чистой культуры аэробных и факультативно-анаэробных бактерий и их идентификации.

 

1. Вид занятия: практическое занятие.
2. Продолжительность занятия: 3 часа (180 мин)
3. Оснащение:

6.1. Таблицы, готовые микропрепараты, предметные стекла, покровные стекла, пинцет, бактериологическая петля, спиртовка, спички, карандаш по стеклу, столик для окраски мазков, пипетки объемом 1 – 2 см³, дистиллированная вода, изотонический раствор хлорида натрия, иммерсионное масло, набор красок, культура бактерий (смесь кишечной палочки и стафилококков в жидкой питательной среде), питательные среды. 

6.2. Мультимедийные атласы, ситуационные задачи, таблицы (электронный вариант), видеофильмы.

6.3. Технические средства обучения: световые микроскопы, компьютеры, мультимедийный проектор.

 

7. Содержание занятия.

7.1. Контроль исходного уровня знаний и умений.

Выполнение тестовых заданий, собеседование.

7.2. Разбор с преподавателем узловых вопросов, необходимых для освоения темы занятия.

Физиология бактерий; метаболизм бактерий; питание, рост и размножение бактерий. Классификация питательных сред, требования, предъявляемые к питательным средам. Принципы культивирования бактерий. Механические и биологические методы выделения чистых культур аэробных и факультативно-анаэробных бактерий.

В основе физиологических функций микроорганизмов лежит непрерывный обмен веществ – метаболизм, который имеет в своем составе два противоположных и вместе с тем взаимосвязанных процесса: анаболизм и катаболизм.

Анаболизм (ассимиляция) – совокупность биохимических реакций, осуществляющих синтез компонентов клетки (конструктивный обмен). Выделяют две группы биосинтетических процессов: биосинтез мономеров (аминокислот, нуклеотидов, моносахаров, жирных кислот) и биосинтез полимеров (белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов и липидов).

Катаболизм (диссимиляция) – совокупность реакций, обеспечивающих клетку энергией (энергетический обмен клетки). В процессе катаболизма в результате ряда последовательных ферментативных реакций происходит расщепление крупных молекул до более простых соединений. Катаболизм сопровождается выделением свободной энергии, заключенной в структурах крупных органических молекул, и запасанием её в форме АТФ.

Взаимосвязь анаболизма и катаболизма выражается в том, что на определенных этапах метаболизма имеются одинаковые промежуточные продукты, используемые в обоих процессах. Они называются амфиболиты, а объединяющие их катаболитические и анаболитические пути носят название - центральных (амфиболических).

Основной целью метаболизма бактерий является рост, т. е. координированное увеличение всех компонентов клетки. Поскольку основными компонентами бактериальной клетки являются органические соединения, белки, углеводы, нуклеиновые кислоты и липиды, остов которых построен из атомов углерода, то для роста требуется постоянный приток атомов углерода.

Процесс, в ходе которого бактериальная клетка получает из окружающей среды компоненты, необходимые для построения её биополимеров, называется питанием.

В зависимости от источника усвояемого углерода бактерии подразделяют по типам на аутотрофы и гетеротрофы.

Аутотрофы способны синтезировать сложные органические вещества, используя для этого простые неорганические соединения. Источником углерода и азота для этих микроорганизмов является углекислота и другие неорганические соединения углерода, молекулярный азот воздуха и аммонийные соли. За счет этих простых соединений автотрофные микроорганизмы синтезируют белки, жиры, углеводы, витамины, ферменты. К аутотрофам (прототрофам) относятся почвенные бактерии - нитрифицирующие, серобактерии, клубеньковые бактерии, азотфиксирующие и др.

Гетеротрофы способны ассимилировать углерод только из органических соединений. Гетеротрофы, утилизирующие органические остатки отмерших организмов в окружающей среде, называются сапрофитами. Гетеротрофы, вызывающие заболевания у человека или животных, относят к патогенным и условно-патогенным. Среди них есть облигатные и факультативные паразиты. Облигатные паразиты (паратрофы) способны существовать только внутри клетки (вирусы, риккетсии, хламидии).

Микроорганизмы, способные синтезировать все необходимые им органические соединения (углеводы, аминокислоты и др.), называются прототрофами. Микроорганизмы, не способные синтезировать какое-либо из необходимых соединений и ассимилирующие их в готовом виде из окружающей среды или организма хозяина (человека, животного) называются ауксотрофами. Чаще всего это патогенные или условно-патогенные для человека микроорганизмы.

Бактериальные клетки не имеют специальных органов питания, т.е. являются голофитами. Поступление питательных веществ в микробную клетку может происходить за счет пассивного и активного транспорта.

Под ростом бактериальной клетки понимают увеличение её протоплазмы, наступающее в результате синтеза клеточного материала в процессе питания. Рост бактериальной клетки обычно заканчивается её делением. Деление можно считать завершенным, когда протоплазма дочерних клеток разделяется перегородкой. Характерной особенностью бактерий является необычная быстрота их размножения, что обусловлено интенсивностью из метаболизма.

Рост бактериальной популяции изучается в чистых культурах на твердых и жидких питательных средах.

Рост бактерий в жидких питательных средах проявляется либо в виде равномерного помутнения среды, либо в виде осадка или в образовании пленки.

На поверхности плотных питательных сред бактерии образуют изолированные скопления клеток, которые называются колониями.  

При выращивании бактерий на жидкой питательной среде наблюдается последовательная смена отдельных фаз в развитии популяции, отражающая общую закономерность роста и размножения бактериальных клеток. После внесения в среду бактерии адаптируются к её условиям и размножаются сравнительно медленно (лаг – фаза). Затем наступает фаза экспоненциального роста (логарифмическая), которая характеризуется максимальной скоростью клеточного деления.

Далее среда истощается, в ней аккумулируются токсические продукты метаболизма, что проявляется снижением темпов размножения и прекращением увеличения числа клеток (стационарная фаза). В течение этого периода устанавливается равновесие между клеточным ростом, делением и процессом отмирания клеток.

В последующем бактериальная культура может погибнуть либо значительно сократиться (фаза отмирания). Фаза отмирания включает в себя период логарифмической гибели, переходящий в период уменьшения скорости отмирания бактерий.

Спорообразующие виды переходят в стадию споруляции, у неспорообразующих видов возможно образование анабиотических форм.

В некоторых случаях дополнительно выделяют фазу ускорения роста (начало экспоненциальной фазы) и фазу замедления роста (переход к стационарной фазе).

Рост бактерий не всегда сопровождается делением. Многие факторы – детергенты, антибиотики, соли желчных кислот, УФ облучение – задерживает деление клеток. В результате образуются длинные нитевидные формы, значительно превышающие по размерам исходные клетки.

Питательные среды

Культивирование микроорганизмов является одним из основных методов микробиологии. От умения культивировать микроорганизмы в лабораторных условиях в значительной степени зависят успехи их изучения и практического применения.

В лабораторных условиях микроорганизмы культивируют на питательных средах, поэтому питательная среда должна содержать все вещества, необходимые для их роста.

Питательные среды должны содержать источники органогенов, неорганические соединения в виде различных солей и факторы роста. Кроме того, они должны быть изотоничны, стерильны, иметь определенную рН (кислотность) и влажность среды и быть по возможности прозрачными.