Основи мікробіології

ЦПМ грає найважливішу роль в метаболізмі бактеріальної клітини. Вона є осмотичним бар’єром і регулює осмотичний тиск в клітині, контролює транспорт речовин в клітину та виведення метаболітів назовні. У бактерій ЦПМ виконує енергетичну функцію. ЦПМ бактерій – структура, де відбуваються окисно-відновні процеси. ЦПМ – енергетичні станції з ферментами окислювального фосфорилювання. ЦПМ приймає участь в поділі нуклеоїду, оскільки молекула ДНК при цьому процесі прикріплюється до неї. Вона бере участь у синтезі компонентів клітинної стінки та капсули.

Цитоплазма

Цитоплазма являє собою колоїдну систему, яка складається з двох фракцій: цитозоль та структурні елементи.

Цитозоль – це фракція цитоплазми, яка має гомогенну консистенцію. У молодих вегетативних клітин міститься 85% води. В воді утворюється колоїдна система з білків, нуклеотидів, БАР, вітамінів, осмотично-активних речовин, вуглеводів, мінеральних елементів, токсинів. Друга фракція включає різноманітні структурні елементи клітини: генетичний апарат, плазмідм, рибосоми, мезосоми, включення, внутрішньоклітинні структури, вакуолі.

Рибосоми – це органоїди, мають 10-20 нм в діаметрі і складаються з РНК (60%) та білка (40%).Кожна бактерія містить від 5000 до 50000 рибосом, які виконують важливу фізіологічні функцію – синтез білків. Під час активного синтезу білків рибосоми утворюють специфічні ланцюги - полісоми. Синтез білка йде в 2 етапи: за один етап нова молекула білка збільшується на одну молекулу амінокислоти.

Багато бактерій разом з хромосомною ДНК мають в цитоплазмі позахромосомні кільцеві або лінійні ДНК дуже невеликого розміру, які називають плазміди. В плазмідах закодована важлива інформація, що визначає життєдіяльність клітини в певних умовах, в тому числі хвороботворність, структуру ферментів, які дозволяють клітині знешкоджувати деякі антибіотики та інше.

Мезосоми – це тільця розміром 100 А, вони утворюються з ЦПМ. У ЦПМ існують інвагінації - складки. Вони мають форму бульбашок, можуть нагадувати сітку, можуть бути трубчасті, пластинчасті. Там локалізовані окисно-відновні ферменти, тобто енергетичний обмін. Поруч з цим мезосоми – місце прикріплення плазмід, синтезу ферментів.

Внутрішньомембранні структури виконують різноманітні функції. У прокаріот вони забезпечують дихання, захист від УФ променів, фотосинтез, окисно-відновні процеси. В них містяться бактерії, хлорофіл, каротин та інші пігменти.

Включення – гранули різної форми та розмірів або краплі. Наявність їх в клітині не можна вважати за постійну ознаку мікроорганізму, оскільки включення зв’язані з фізичними та хімічними умовами середовища існування та можуть розглядатися як запасні джерела енергії та поживних речовин.

Будова спори

екзоспоріум

зовнішня оболонка спори

внутрішня оболонка спори

корт екс (кора)

клітинна стінка зародку

цитоплазматична мембрана

цитоплазма з ядерною речовиною

Рис. Будова зрілої ендоспори

Спори бактерій – ендоспори – внутрішньоклітинні утворення круглої або овальної форми. При забарвленні бактерій за Грамом клітина – синя, а спора прозора. Продукція спор – стадія циклу розвитку паличкоподібних грам позитивних Bacillus та Clostridium (виняток Lactobacillus), яка виробилась в процесі еволюції в боротьбі за збереження виду. Функція спор бактерій – захист. Спори знаходяться в стані анабіозу – не розвиваються, не розмножуються, але зберігають життєздатність. При попаданні в благо приємні умови одна спора проростає в одну вегетативну клітину.

Спори утворюються в несприятливих умовах, під впливом фізичних та хімічних факторів: низька вологість, температура, висока концентрація речовин, радіація, УФ промені. Процес спороутворення йде від 18 до 72 годин і відбувається по стадіям. Спочатку утворюється спорогенна зона і проспора, потім йде дозрівання спори. На 1 етапі втрачається вода, розпадаються материнські білки, синтезується специфічна лише для спори діпіколінова кислота, активно поглинається кальцій, який з нею дає халатні комплекси. На 2 етапі йдуть формування багатошарової оболонки і всіх структур. Спора відрізняється від вегетативної клітини підвищеною стійкістю до несприятливих умов.

Властивості спор:

- термостійкість. В той час, коли вегетативні клітини гинуть при 80 °С за 10 хвилин, спори гинуть при автоклаву ванні протягом 24 хвилин при температурі 120°С при тиску 1 атм (1,61∙10³Па). У висушеному стані вони гинуть при нагріванні до 150-160°С протягом декількох годин.

Спори Clostridium botulinum витримують кип’ятіння протягом 5-6 годин. Спори окремих видів бактерій відрізняються особливою термостійкістю. Спори Clostridium botulinum можуть складати залишкову мікрофлору стерилізованих консервів, також спори Clostridium botulinum являються еталонною тест – культурою при науковому обґрунтуванні режимів стерилізації.

Терморезистентність спор обумовлена низьким вмістом води (до 40%, вона знаходиться у зв’язаному стані) та вмістом дипіколінату кальцію.

- хімічна стійкість спор обумовлена непроникністю багатошарової оболонки.

- стійкість до радіації, УФ-променів пов’язана зі значною концентрацією сірковмісних амінокислот (цисті, цистеїн).

В зовнішньому середовищі спори можуть зберігатись тисячі років.

Розрізняють декілька видів типів спороутворення (див. рис.). Якщо при утворенні спори в центрі клітини форма її не змінюється, то такий тип спороутворення називається бацилярним, він властивий представникам роду Bacillus. Коли клітина в середині потовщується та набуває вигляду веретина, то такий тип спороутворення називається клостридіальним (він характерний для збудника гниття білків Clostridium sporogenes). Іноді спора утворюється ближче до кінця клітини і тоді клітина набуває вигляду тенісної ракетки – це плектридіальний тип спороутворення (він притаманний збуднику ботулізму Clostridium botulinum). Клостридіальний та пектридіальний типи властиві бактеріям роду Clostridium.

Мікроміцети

Мікроміцети – це численна та різноманітна група, яка включає до 100 тисяч видів. Вони дуже поширені у природі і зустрічаються майже в усіх кліматичних зонах. Найбільш розповсюджені у грунтах, а також у водоймищах. Утворюють на поверхні субстратів цвіль різного кольору, тому їх називають плісеневими грибами.

За типом дихання – аероби і розвиваються переважно на поверхні субстрату. Але є і мікроаерофіли, які розвиваються при невисоких концентраціях кисню (<5%) і здатні проростати в середину субстрату.

За типом живлення гриби – хемогетеротрофи. Джерелом вуглецю для них можуть бути вуглеводи, органічні кислоти, білки.

Джерелом азоту для плісеневих грибів є амінокислоти, білки, а також неорганічні речовини.

Таким чином, субстратом для розвитку грибів можуть бути як харчові продукти, сировина і корми, так і технічні матеріали (целюлоза, резина, фарби).

Псування продуктів, що викликають плісеневі гриби, називається пліснявінням.

Більшість грибів є мезофілами і віддають перевагу середнім температурам 16-27°С. Температурний оптимум у грибів нижчий, ніж у бактерій, є холодолюбиві види, які відносяться до психрофілів. Найбільш холодостійкі види – Cladosporium gerbarum, Thamnidium elegans. Гриби здатні розвиватися при вологості повітря 70-100%. Серед них є і ксерофіти, які розвиваються при вологості до 65%.Вони псують солодку продукцію з низьким вмістом вологи (мармелад, джем, пастилу).

Інтоксикації грибкової природи називають мікотоксикозами, а метаболіти грибів, які мають токсичні властивості, називають мікотоксинами. Відомо більш двохсот індивідуальних мікотоксинів. Найбільш повно вивчена хімічна природа афлатоксинів, зеараленону, трихотеценів, охратоксинів, стеригматоцистину.

Більшість мікотоксинів термостійкі, канцерогенні, мають кумулятивні властивості. Мікотоксини можуть зберігатися в продуктах навіть при стерилізації.

Для запобігання ураження плісеневими грибами загальноприйняті технології зберігання сировини доповняють обробкою спеціальними хімічними препаратами – плісеневими інгібіторами, які містять органічні кислоти та їх солі.

Пряме сонячне світло гальмує розвиток плісеней, але чергування світла і темряви стимулює ріст і спороутворення. Багато видів грибів, що містять пігменти, є стійкими до УФ світла і радіації.

Плісеневі гриби мають і позитивне значення для харчової промисловості. Деякі гриби використовують у заквасках для виробництва кисломолочних продуктів і сирів, для одержання ряду органічних кислот (лимонної, щавлевої, яблучної), антибіотиків, вітамінів, ферментів.

Плісеневі гриби можуть синтезувати різні вторинні метаболіти, багато з яких володіють біологічною активністю. Метаболіти грибів, які здатні викликати токсичну дію у людей і тварин, наз. мікотоксинами.

Морфологія та будова клітин мікроміцетів

Вегетативне тіло грибів називається міцелієм або грибницею. Міцелій являє собою систему розгалужених ниток-гіфів, що складаються з довгих клітин, які розміщені в один ряд. Міцелій буває двох типів: септований і несептований. Септи являють собою поперечні перегородки, які поділяють міцелій на ряд окремих клітин.

Септи мають центральну пору, через яку з клітини в клітину вільно перетікають цитоплазма і ядра. Більша частина гіфів розвивається над поверхнею субстрату і називається повітряним або поверхневим міцелієм. Саме тут розташовані органи розмноження.Гриби мають еукаріотну будову клітини, яка подібна до будови рослинних клітин.

Зовні клітина грибів покрита багатошаровою стінкою, яка на 80-90% складається з полісахаридів (хітин, целюлоза). Під стінкою розташована ЦПМ, яка оточує цитоплазму. В цитоплазмі містяться ядра (від 1 до 30). Ядро оточене власною ядерною мембраною з порами, містить ядерце і хромосоми. В ядерці відбувається синтез попередників рибосом, які транспортуються через пори ядра в цитоплазму. В цитоплазмі містяться 30-50 тисяч рибосом. В клітинах грибів є система внутрішньо - клітинних елементарних мембран.

Клітини грибів містять органоїди: ядро, мітохондрії, ендоплазматичну сітку, апарат Гольджи, лізосоми.

Мітохондрії – багатокамерні трубочки з еластичними стінками. Вони є енергетичним центром клітини.

Ендоплазматична сітка - мембранна система, в якій розташовані ферменти, що відповідають за біосинтез вуглеводів, ліпідів і транспорт речовин всередині клітини.

Апарат Гольджі – здійснює транспортування речовин, що синтезуються в ендоплазматичній сітці, і вилучення продуктів обміну.

Лізосоми – розщеплюють білки, ліпіди, полісахариди до простих сполук. У випадку пошкодження лізосом ферменти виходять в цитоплазму і здійснюють лізис (розчинення усіх органоїдів).

Способи розмноження мікроміцетів

Міцелі альні гриби розмножуються вегетативно та за допомогою спор.

Вегетативне розмноження відбувається за допомогою шматочків гіфів та міцелію. Будь-яка частина міцелію здатна до росту. Шматочки міцелію відриваються від гриба та розносяться вітром, попадають на відповідний субстрат, проростають і утворюють новий організм.

Спори в еукаріотичних організмах виконують подвійну функцію – розмноження та збереження виду. Спороутворення може відбуватися статевим і безстатевим шляхом.

Безстатеве спороутворення зв’язане з утворенням спеціалізованих репродуктивних органів без попереднього злиття клітин. Безстатеве розмноження нижчих грибів здійснюється внутрішніми спорами або ендоспорами, вищих грибів – зовнішніми спорами або екзоспорами.

Ендоспори утворюються в середині особливої клітини, яка наз. спорангієм . При дозріванні оболонка під впливом ферментів грибів і вологи розпливається і спори висипаються у зовнішнє середовище.

Екзоспори прийнято називати конідіями або конідієспорами, а плодоносний гіф – конідієносцем. Конідії розповсюджуються повітряними потоками і в сприятливих умовах проростають, утворюючи новий міцелій.

Статеве розмноження грибів обов’язково включає злиття двох ядер. У нижчих грибів спочатку відбувається злиття двох багатоядерних гіфів міцелію. Потім відбувається попарне злиття ядер. Процес закінчується утворенням зігоспори, яка згодом проростає і утворює органи плодоношення.

У вищих грибів в залежності від класу розмноження відбувається по різному.

В аскоміцетів – злиття ядер і вмісту двох клітин різних гіфів, потім відбувається ділення ядра.

Утворення зигоспори. Утворення аскоспор

Навколо нових ядер концентрується цитоплазма і утворюється спорова оболонка. Материнська клітина покривається товстою оболонкою і перетворюється в аск (сумку). Всередині може бути від 2 до 8 аскоспор.

Зверху сумка покривається переплетенням гіфів. При цьому відбувається утворення плодового тіла.

Систематика мікроміцетів

Мікроміцети поділяють на шість класів: хітридіоміцети, ооміцети, зигоміцети, аскоміцети, базидіоміцети та дейтероміцети.

Хітридіоміцети (Chytridiomycetes). У них міцелій відсітній або слабо розвинутий, тіло гриба являє собою голу цитоплазму. Безстатеве розмноження відбувається за допомогою рухомих зооспор, які утворюються в зооспорангіях. Багато представників цього класу є водними організмами, які розвиваються на відмерлих водоростях або паразитують на них. Деякі існують в грунті, інші відомі як паразити рослин.

Ооміцети (Oomycetes) являють групу організмів з характерним статевим процесом – оогамією та рухливими зооспорами з двома джутиками, які утворюються при безстатевому спороутворенні. Більшість ооміцетів є облігатними паразитами, що існують на рослині-хазяїні. Представники родів Pithium, Phytophthora викликають хвороби с/г рослин.

Зигоміцети (Zygomycetes) включають декілька порядків, найбільш поширений є мукоральний (Mucorales), що містить 14 родин. Серед мукорових грибів можна відмітити роди Mucor, Thamnidium, Rhizopus.

Гриби роду Mucor («головчаста плісень») можуть розвиватися на продуктах рослинного походження.

а- спори

б- спорангій

в- спорангієносець

Вони часто псують вологе зерно. Деякі види здатні викликати спиртове та молочно-кисле бродіння. У промисловості мукорові гриби використовуються для виробництва оргенічних кислот, ферментів, каротиноїдів та стеринів. Можуть рости на стінах вологих проміщень у вигляді сірого пухнастого нальоту.

Гриби роду Rhizopus відрізняються тим, що їх спорангієносці ростуть групами у вигляді пучків по декілька штук зі сплетення гіфів, що називається вузлом. Спорангієносці зверху мають потовщення – апофізу. Гриб утворює ризоїди, які є органами прикріплення гриба до субстрату і нагадують коріння рослин.

З їх допомогою гриб отримує поживні речовини з субстрату. Органами розселення гриба по субстрату є столони. Гриби цього роду вражають ягоди, коренеплоди, бульби, викликаючи «м’яку» гнилизну. Часто зустрічається на харчових продуктах – хлібі, рисі, борошні, плодах та овочах.

Гриби роду Thamnidium відрізняються тим, що у головного спорангієносця є бокові відгалуження виделкоподібної форми, а на їх кінцях розташовані невеликі спорангії – спорангіоли.. Вони містять одну або невелику кількість спор.

Вид Thamnidium elegans є найбільш холодостійким, тобто психрофітом і здатний псувати продукти навіть в холодильних камерах. Викликає глибинне псування продуктів, синтезує мікотоксин, тому м’ясо і м’ясні вироби уражені Thamnidium elegans не придатні для використання.

Аскоміцети (Ascomycetes) або сумчасті гриби. До аскоміцетів, які мають особливе значення в житті людини, відносяться представники родів Aspergillus і Penicillium. Ці гриби – типові мешканці грунту, а також виявляють в повітрі, на зерні, плодах, овочах, харчових продуктах.Серед грибів цих родів відомі продуценти таких антибіотиків як пеніцилін, цитрин, фумагілін та ін.

Деякі види синтезують мікотоксини.

Рід Aspergillus (лієчка плісень) характеризується розгалуженим багатоклітинним септованим міцелієм. Конідієносці несептовані. На вершині відростають китички. На китичках ланцюжками розташовані конідії (див.рис.а), які часто забарвлені.

Деякі види аспергилів використовуються у промисловості – для отримання лимонної кислоти, при виробництві ферментних препаратів, для освітлення соків.

Серед аспергилів є збудники грибних захворювань – мікозів.

Гриби роду Penicillium мають багатоклітинний, розгалужений септований міцелій. Конідієносці також септовані (див.рис.б)

Конідії розносяться потоками повітря і проростають. Певні види Penicillium використовують для отримання ферментних препаратів.

Базидіоміцети (Basidiomycetes). Орган спороношення – базидія.

До них належать сажкові та іржасті гриби. Базидіоміцетам є шкідник деревини, їстівні гриби, а також різноманітні сапрофіти, що беруть участь у розкладі органічних залишків.

Дейтероміцети (Deuteromycetes) мають добре розвинений септований багатоклітинний міцелій. Розмножуються безстатевим шляхом – конідіями. Багато представників даного порядку – Cladosporium, Alternaria, Fusarium, Botrytis.

Гриби роду Fusarium мають розгалужений багатоклітинний міцелій, розмножуються конідіями і поділені септами на клітини.

1- Fusarium

2-Botrytis

3-Alternaria

4-Cladosporium

5- Phoma

6- Catenularia

а- конідії

б- конідієносець

Конідієносці відсутні, конідії формуються на кінцях гіфів міцелію. Fusarium вражає картоплю, томати, буряк, цибулю, часник, злакові культури.

При вживанні хліба із зерна, враженого цими грибами, виникає захворювання, що наз. «п’яна хвороба». При цьому спостерігається слабкість, головний біль, блювання, розлад зору, біль у шлунку.

Рід Botrytis має багатоклітинний міцелій, конідієносці розгалужені, септовані. Вид Botrytis є збудником сірої гнилизни овочів та ягід. Міцелій гриба утворює на поверхні вражених овочів і ягід павутиноподібний наліт білого або сірого кольору. Конідії гриба мають сірувато-зелений колір, що і дало назву псуванню.

Рід Alternaria має конідії гранатоподібної форми, що мають декілька поперечних і повздовжних перегородок. Конідії мають темний колір, розташовані поодиноко або сполучені у ланцюжки, сидять на слаборозвинутих конідієносцях.

Різні види Alternaria широко розповсюджені у грунтах і викликають у с/г рослин чорну гнилизну (альтернаріоз).

Рід Cladosporium має прямі слаборозвинуті конідієносці. На них розвиваються ланцюжки конідій різної форми і розмірів. Зустрічаються кулясті, овальні, циліндричні конідії; конідії з однією або декількома септами, інколи без септ. Певні види добре розвиваються при низьких температурах. Цей гриб виявляється також на сирі, ковбасах, яйцях, маслі.

Принципи класифікації, морфологія та будова клітин дріжджів

Дріжджі – одноклітинні гриби, що не утворюють справжнього міцелію. Дуже поширені у природі, переносяться дощем, вітром, комахами і найбільш часто зустрічаються на рослинах, де є цукристі речовини. Дріжджі грампозитивні нерухомі організми. За типом живлення – хемогетеротрофи, за типом дихання – факультативні анаероби. Але є невелика група дріжджів, які розвиваються на поверхні субстратів і за типом дихання є аеробами.

Клітини дріжджів мають відносно великі розміри (в середньому 2-12 мкм). Дріжджі можуть суттєво змінювати свої форми та розміри.

Клітини дріжджів можуть мати різноманітну форму. Зустрічаються кулясті, овальні, еліптичні, циліндричні, лимоноподібні та інші форми.

За будовою клітини дріжджі відносяться до еукаріот. Дріжджова клітина має клітинну стінку. Під клітинною стінкою розміщена цитоплазматична мембрана, що охоплює цитоплазму клітини, в якій містяться органели та включення. Рибосоми у дріжджів розміщені в цитоплазмі і на зовнішньому боці ядерної мембрани. Ядро дріжджів оточене двошаровою мембраною і містить ДНК у вигляді хромосом.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7