- •2. Работами л. Пастера, Генле, Коха открывается новый этап в развитии микробиологии – физиологический.
- •Русские:
- •2. Бактерии – 19 групп – с описанием всех известных семейств, родов, видов.
- •Принципы систематизации бактерий в определителе Берджи
- •Рибосомы
- •Источники углерода и энергии
- •Аэробные методы культивирования
- •Электричество
- •РН среды
- •Влажность. Вода в клетках
- •Гидростатическое давление
- •Осмотическое давление
- •Химические факторы
- •Температура
- •Молочнокислое брожение
- •Распространение и места обитания молочнокислых бактерий.
- •Потребность в факторах роста.
- •Получение кисломолочных продуктов
- •Получение сычужных сыров
- •Пропионовокислое брожение
- •Спиртовое брожение
- •Производство вина
- •1. Первая группа.
- •Маслянокислое брожение
- •Кислое и бутандиоловое брожение
- •Лимоннокислое брожение
- •Уксуснокислое брожение
- •Анаэробное разложение целлюлозы
- •Размножение фага (вируса)
- •Антибиотики. Патогенность микроорганизмов
- •Применение:
- •Пенициллин
- •Неспецифические механизмы защиты
- •Антигенная структура микробной клетки
- •Фиксация азота
- •Фиксация азота свободноживущими микроорганизмами
- •Нитрификация
- •1879 Г. – Мюнцер и Шлезинг – пропуская сточную воду через колону с СаСо3 и песок получали nо3 из nh3. После стерилизации колоны или дезинфекции этот процесс нарушался.
- •Бактерии, окисляющие серу
- •Круговорот серы.
- •Железобактерии
- •Водная экосистема
- •Метаногены
- •Восстановление микроорганизмами неорганических акцепторов электронов.
- •1925 Г. Левин – восстановление селена, окислов.
Водная экосистема
На морских глубинах, где бьют горячие источники (около 350°С) в воде есть сероводород. Там, где эта вода приходит в соприкосновение с холодной, содержащей кислород, могут расти бактерии, окисляющие серу и сероводород. Они могут служить пищей для моллюсков, ракообразных и червей.
Один из представителей погонофор – Riftia pachyptia – приспособлен к жизни в такой среде: у него нет ротового и анального отверстий, но есть орган трофосома, в котором в качестве эндосимбионтов растут бактерии, окисляющие сероводород. Кровь снабжает их кислородом и сероводородом, т.к. эта система осуществляет продукцию биомассы не через фотосинтез, а через хемолитоавтотрофию.
Метаногены
Группа микроорганизмов, способных использовать углекислый газ в качестве конечного акцептора электронов при окислении молекулярного водорода – это метаногены.
Предположение о бактериальном происхождении СН4 было высказано в 19 веке. Однако выяснение данного вопроса затягивалось из-за невозможности выделить чистую культуру. Это позволили сделать методы культивирования анаэробов разработанные Хангейтом:
принцип удаления кислорода из газов;
предварительное восстановления сред.
Метанобразующие бактерии – морфологически очень разнообразная группа, объединяемая двумя общими признаками:
строгий анаэробиоз;
способность образовывать метан.
Баркер Х. А. (1956 г.) принял в качестве доминирующего признака образование СН4. Объединил в 3 рода семейства Methanobaciaceae (так они даны в Берги). Сейчас выделяют 7 родов и 10 видов в чистой культуре: Methanosarcina, Methanospirillum, Methanobacterium, Methanogenium.
Специфичность группы – в клеточных стенках нет мурамовой кислоты и D-аминокислот. Клеточная стенка бывает трех типов:
пептидогликан особого химического строения – псевдомуреин;
из белковых глобул;
гетерополисахаридной природы.
Под электронным микроскопом близка к грамположительной. Специфичность липидов в том, что они построены из полярных липидов и простых эфиров: из глицерина и 20С спирта. Нет сложных эфиров.
Запасных продуктов в виде гранул поли-β-оксимаслянной кислоты или гликогена не найдено.
Большинство имеет температурный оптимум при 35– 40°С, но есть и 65–70°С и 20–25°С. Все нейтрофилы: рН=6–8. В качестве источника углерода большинство используют углекислый газ, некоторые формиат, метанол, ацетат. 4Н2 + СО2 → СН4 + 2Н2О.
ЛЕКЦИЯ №14
Влияние тяжелых металлов и других химических элементов на жизнедеятельность микроорганизмов
Тяжелые металлы попадают в сточные воды в водоемы – моря, озера, реки, водохранилища.
Установление критериев качества воды и норм содержания в ней ионов тяжелых металлов основано на учете общей концентрации металлов в водной фазе.
Но важно учитывать и валентность, и формы соединений металлов. Пример: метил-ртути и Hg0, валентность Сr6+ и Сr3+.
Понижение токсичности металлов в жесткой воде для рыб связано с Са2+, он подавляет поступление последних в организм через жабры и через образование гидроокисей и комплексообразование.
Тяжелые металлы, подавляя жизнедеятельность:
блокируют ферментные системы, реагируя с сульфидными группами ключевых ферментов;
разрушают целостность клеточных стенок;
изменение морфологии клеток и клеточного метаболизма, бактериостаз.
При определении эффекта воздействия тяжелых металлов на организм чаще учитывается их выживание, гибель и в меньшей степени такие показатели как рост, размножение, поведение. Используют LC50 – концентрация токсиканта, при которой гибнет 50% особей.
Семенов, Ховрычев (1979) – установили, что Zn и Мn ингибируют биохимическую реакцию. Наиболее чувствительно к влиянию данных металлов «узкое место».
Цинк является специфическим ингибитором синтеза белка.
Медь – в основном с клеточной поверхностью.
Считается, что ртуть и медь разрушают диффузионный барьер и тем самым способствуют удалению из клетки калия.
В последнее время известно 60 биохимических реакций, протекающих под воздействием одновалентных катионов, и в большинстве случаев калий – наиболее активный ион. И потеря калия приводит к отмиранию клетки. Для водорослей и растительных клеток потеря калия ведет к прекращению фотосинтеза.
Медь – проявляет свою токсичность при довольно низких концентрациях. Сине-зеленые водоросли более чувствительны, чем зеленые водоросли. Медь способствует выделению антибиотиков бактериями Pseudomonas и Alteromonas. Это связано с разрушением клеточной стенки и выделению наружу.
Кадмий – обладает необыкновенной кумулятивной токсичностью по отношению к живым организмам, прочно связывается с низкомолекулярными белками тканей животных и бактерий. Биомасса водорослей уменьшается в 48 раз при концентрации CdCl 0,05 мг/л и в 137 раз при 0,5 мг/л. Рыбы гибнут при 0,1–0,5 мг/л, концентрация 0,0026 мг/л – обездвиживает. У людей ломка костей.
Цинк – диатомовые водоросли гибнут при 250 мг/л. Раки гибнут от инактивации дыхательных ферментов. Концентрация в крови в 1000–10 000 больше, чем в воде.
Хром – Сr6+ – очень токсичен. Дыхание почвы значительно снижается. Грамположительные бактерии растут при очень высоких концентрациях, грамотрицательные – чувствительнее.
Серебро – подавляет жизнедеятельность микроорганизмов тем, что разрушает цитоплазматическую мембрану.
Свинец – грибы очень быстро гибнут; есть бактерии живущие при сотнях мг/л. Подавляет в почве разложение целлюлозы и течение процессов круговорота углерода.
Мышьяк – не тяжелый металл, однако очень токсичен. 12 мг/л вызывает смерть у людей. Токсичность действия на клетку связана с конкуренцией его с фосфатом в процессе транспорта в клетке. Арсенат также известен как разобщитель субстратного фосфорилирования.
Селен – у животных и человека вызывает нарушение координации движений, боли в брюшной полости, водяной понос и гибель, вздутие. Нарушаются гликолиз, фосфорилирование, обмен аминокислот. В организме селен включается в обмен серы, заменяя ее и выводя из организма. При патологии обмена серы в организме идет выпадение волос, размягчение копыт и животных. Низкое количество белков в пище усиливает действие селена.
Таллий – пока нет полного объяснения механизму токсического действия. Метионин, цистин, биотин защищают животных от хронического отравления.
Ртуть – в стоках хлорных, бумажно-деревообрабатывающих заводов. Бактерии Vibrio очень сильно конденсируют ртуть, Pseudomonas – меньше. По цепи бактерий–простейшие–рыбы. Ртуть связывается с сульфгидрильными группами, блокируя жизненно важные ферменты. Очень токсична для реснитчатых простейших.