Лекции по биологии

Подождите немного. Документ загружается.

регулируется концентрацией лимитирующих веществ питательного субстрата – источников С,

азота, витаминами, микроэлементами и т.п.) или в турбидостатах (процесс контролируется по

изменению концентрации микроорганизмы путем измерения оптической плотности, мутности в

прозрачных питательных средах).

3. Синхронное – одновременное деление клеток, применяется в научных целях для изучения циклов

клеточного деления; нужны клетки одного возраста, этого добиваются путем изменения

температуры, поступления кислорода, питательных веществ, использования бактериальных

фильтров.

14.6 Метаболические процессы как основа биотехнологических производств.

Микробный синтез – многоступенчатый процесс получения какого-либо полезного вещества

на основе использования микроорганизмов, в котором участвует большое количество ферментов

(молочная и др. кислоты, антибиотики, аминокислоты). Отличием микробной трансформации

является участие одного фермента, катализирующего специфическую реакцию (получение стероидов,

гормонов, окисление глюкозы в глюконовую кислоту).

Различают также синтез:

- первичных метаболитов – низкомолекулярные органические вещества, служат

материалом для построения макромолекул или коферментов: аминокислоты, нуклеотиды, витамины,

органические кислоты (самые большие объемы производства в мире уксусной и молочной кислоты),

спирты;

- вторичных метаболитов – веществ, образующихся на поздних фазах развития

культуры, когда истощается среда и накапливаются первичные метаболиты: антибиотики, токсины,

пигменты. Если патогенные микроорганизмы выделяют токсины при жизни во внешнюю среду –

экзотоксины, если токсины образуются внутри клетки – эндотоксины. Способность к синтезу

пигментов – видовой признак, защита от облучения (желтые колонии сарцин, розовые микрококков,

красные колонии образуют некоторые дрожжи, чудесная палочка, сине-зеленые – синегнойная

палочка). По сути, вторичные метаболиты – это вещества, использующиеся клеткой для выживания в

неблагоприятых условиях.

15. Влияние факторов внешней среды на развитие микроорганизмов

15.1 Влияние температуры

Температура окружающей среды – один из наиболее важных факторов, т.к. сами

микроорганизмы не способны ее регулировать.

Область температур, в которой идут биохимические реакции, называется биокинетической

зоной (от –2 до 100°С). Гибель микроорганизмов за пределами биозоны наступает в результате

инактивации ферментов, РНК, повреждения цитоплазматической мембраны.

Низкие температуры микроорганизмы выдерживают легче, т.к. наблюдается не гибель, а

замедление роста и размножения, у некоторых микроорганизмов жизнеспособность даже

вегетативных форм сохраняется после охлаждения до –250°С в течение нескольких суток, а споровые

в вечной мерзлоте сохраняют жизнь тысячелетиями. Условие – отсутствие механического

повреждения кристаллами льда. На этом основан щадящий способ получения сухих заквасок –

сублимационный или лиофильный (путем вымораживания воды).

По отношению к температуре микроорганизмы делят на три группы – психрофилы, мезофилы и

термофилы.

1. Психрофилы (криофилы, холодолюбивые) развиваются при низких температурах, бывают:

- облигатные (строгие) – мах (максимальная температура развития) 2025°С, оптимум

(оптимальная температура) 1015С, мин (минимальная температура развития) 0  -18°С;

- факультативные – мах 3037С, опт 20С, мин 0 -18°С.

Можно выделить из вод северных морей, ледников, холодильных камер. Вызывают порчу

молочных продуктов, например, Pseudomonas fluorescens – флуоресцирующая палочка. Некоторые

могут образовывать токсины и вызывать пищевые отравления (например, Listeria monocytogenes).

2. Мезофилы – любят средние температуры; мах 4045°С, опт 2537°С, мин 510°С. К

мезофилам относятся многие виды заквасочной микрофлоры (например, Lactococcus cremoris,

Lactobacillus casei, Saccharomyces cerevisiae), некоторые являются возбудителями заболеваний

человека и животных (Staphylococcus aureus, Vibrio cholerae).

3. Термофилы (теплолюбивые), различают несколько разновидностей:

- факультативные мах 5065°С, опт 4550°С, мин 1820°С (к ним относятся

молочнокислые термобактерии, например, Lactobacillus acidophilus);

- облигатные – мах 7090°С, опт 6570°С, мин 40°С (могут развиваться в вакуум-

выпарных аппаратах);

- стенотермные, термофилы-экстремалы, выдерживают 100°С, выделены из горячих

источников, относятся к категории археобактерий;

- термотолерантные выдерживают 5060°С, но лучше развиваются при 35-40°С.

Для каждого вида микроорганизмов могут быть определены следующие характеристики:

 точка термической гибели – наиболее низкая температура, при которой микроорганизмы

погибают за 10 мин;

 время термической гибели – время, в течение которого погибают все микроорганизмы

данного вида при определенной температуре.

Эти характеристики зависят от состава питательной среды, осмотического давления,

количества и возраста клеток. На основе изучения влияния температуры на развитие микроорганизмов

разработаны режимы пастеризации и стерилизации. Цель стерилизации – уничтожение

микроорганизмов как в вегетативной, так и в споровой форме, при пастеризации уничтожаются только

вегетативные клетки.

15.2. Влияние влажности и осмотического давления.

Микробная клетка на 70-85% состоит из воды, все питательные вещества попадают в клетку

только в растворенном виде, поэтому активность воды – один из важнейших абиотических факторов.

По потребности в воде микроорганизмы подразделяют на три группы: гидрофиты (влаголюбивые),

мезофиты (средние потребности) и ксерофиты (минимально потребляющие воду).

Нормальное состояние (тургор) клетки характеризуется определенной величиной

осмотического давления, которое зависит от концентрации растворенных веществ, прежде всего

минеральных солей и моносахаров.

При повышении осмотического давления в окружающей среде (гипертонический раствор)

клетка обезвоживается, цитоплазматическая мембрана отходит от цитоплазмы, клетка погибает в

результате плазмолиза. На этом явлении основаны многие способы консервирования пищевых

продуктов и биологических объектов.

Существуют микроорганизмы, которые выдерживают повышенное осмотическое давление –

осмофилы. Различают солелюбивые (галофилы) и сахаролюбивые осмофилы. Экстремальные

галофилы выдерживают концентрацию соли до 32%. К умеренным осмофилам относятся многие виды

плесеней, дрожжей, микрококков, которые могут вызывать пороки сгущенных молочных консервов.

При снижении осмотического давления (гипотонический раствор) клетка впитывает

избыточное количество влаги и тоже может погибнуть, это явление плазмоптиза.

15.3. Влияние реакции среды и химических веществ

Большинство микроорганизмов относятся к нейтрофилам, которые предпочитают среды,

близкие к нейтральным в диапазоне рН 7,0±1,0, и погибают при рН менее 4,5 и более 9. Концентрация

ионов водорода воздействует на ионное состояние и, следовательно, на доступность для клетки

многих метаболитов.

Существуют микроорганизмы, которые любят кислую среду (рН от 0 до 5,5) – ацидофилы,

например Lb. аcidophilus. Как правило, ацидофилы сами способны вырабатывать кислоты (например,

молочную, уксусную и др.). Экстремальные ацидофилы или кислотоустойчивые бактерии

выдерживают рН=1.

Микроорганизмы, которые лучше развиваются в щелочных средах (рН от 8,5 до 11,5)

называются алкалофилами. К ним относятся протеолитические микробы, разлагающие белок с

образованием щелочных продуктов, они плохо выдерживают кислую среду (например, Proteus

vulgaris, все Bacillus subtilis). Это свойство используется при консервировании (маринады),

производстве кисломолочных продуктов, которые могут храниться длительное время.

Некоторые химические вещества могут быть неблагоприятны для микроорганизмов,

останавливая их рост (бактериостатический эффект) или вызывая гибель (бактерицидный эффект).

Например:

- поверхностно-активные (мыла, жирные кислоты);

- фенол, крезол и производные – действуют на клеточную стенку и белки цитоплазмы;

- акридины нарушают процесс деления клеток;

- формальдегид и соли тяжелых металлов вызывают денатурацию белков.

Это явление используется в медицине и пищевой промышленности для дезинфекции

инструментов и оборудования.

15.4 Влияние кислорода

Важную роль в энергетических процессах играет кислород. По отношению к молекулярному

кислороду микробов делят на аэробов, анаэробов и факультативных анаэробов.

Аэробам для метаболизма необходим кислород, они хорошо растут в его присутствии, образуя

колонии на поверхности плотных питательных сред (Sarcina flava, Bacillus subtilis). Аэробы могут

быть растущими на воздухе и микроаэрофильными (растут при низких концентрациях кислорода).

Анаэробы, которым кислород не нужен для процессов метаболизма, делятся на:

o строгих, которые гибнут в присутствии кислорода, для их культивирования используют

специальные питательные среды (Clostridium botulinum),

o факультативных (способных переключаться с анаэробного пути окисления на аэробное),

образуют глубинные колонии на плотных питательных средах (например, молочнокислые

бактерии)

o аэротолерантных (терпимых к присутствию кислорода).

15.5. Влияние излучения, ультразвука, электричества и магнитного поля

Видимое излучение (солнечный свет) некоторые микроорганизмы способны использовать

(например, фотосинтезирующие бактерии), для большинства солнечные лучи губительны, в т.ч. для

патогенных микробов. Наиболее эффективны коротковолновые УФ лучи, т.к. поглощаются

нуклеиновыми кислотами и белками, вызывают мутации, инактивацию ферментов, оказывают влияние

на метаболизм. Наиболее устойчивы пигментообразующие микроорганизмы. Некоторые бактерии

способны приобретать устойчивость при облучении.

Ультразвук вызывает механическое повреждение и разрушение клеток, больше влияет на

палочковидные микроорганизмы.

Электричество оказывает действие через электромагнитные процессы в среде и клетке, УВЧ-

токи – благодаря тепловому воздействию (колебание диполей воды).

Магнитное поле влияет на магниточувствительные микроорганизмы, по-видимому через

белки-ферменты, содержащие атомы железа; установлено влияние геомагнитной обстановки на

вспышки инфекционных заболеваний.

Гидростатические давление более 110 МПа вызывает денатурацию белков, инактивацию

ферментов и гибель микроорганизмов, однако на дне океанов обнаружены барофильные

глубоководные археобактерии.

Невесомость замедляет рост колоний, возможно, нарушается контакт между клетками.

! Физико-химические факторы взаимосвязаны между собой. Так, например, действие

химических веществ зависит от температуры, рН, осмотического давления и т.д.

15.6 Виды взаимоотношений между микроорганизмами

Основные типы взаимоотношений: симбиоз - позитивные, антибиоз или антагонизм -

негативные, нейтрализм – безразличные, индифферентные.

Рассмотрим примеры симбиотических взаимоотношений между микроорганизмами.

Мутуализм – идеальный симбиоз (например, кефирный грибок – это симбиоз молочнокислых,

уксуснокислых бактерий и дрожжей, который пока не может быть создан искусственно).

Комменсализм – один получает пользу, второму безразлично (например, кишечная палочка в

теплокровном организме).

Метабиоз – специфический вид симбиоза, при котором один вид микроорганизмов продолжает

процесс, вызванный другим (например, сожительство аммонитрификаторов, окисляющих белки до

токсичного аммиака, и нитрификаторов, окисляющих его до безопасных веществ).

Сателлизм – стимуляция роста одного микроорганизма продуктами жизнедеятельности

другого (дрожжи вырабатывают витамины группы В, которые ускоряют рост молочнокислых

бактерий).

Синергизм – усиление физиологических функций в сообществе (сочетание молочнокислых

микроорганизмов-кислотообразователей и ароматообразователей в заквасках).

Антагонистические взаимоотношения в мире микробов также могут проявляться по-разному:

- паразитизм (бактериофагия);

- продукты жизнедеятельности одного микроорганизмы губительно действуют на другие

микроорганизмы (молочнокислые бактерии подавляют гнилостную микрофлору);

- истощение питательного субстрата микроорганизмом, который развивается быстрее

(культурные и дикие дрожжи в хлебопечении);

- выделение антибиотических веществ.

15.7 Виды и механизмы действия антибиотиков

Антибиотики – специфические соединения (вторичные метаболиты клетки), способные в

незначительных количествах избирательно задерживать рост или убивать микроорганизмы.

Термин введен Ваксманом в 1942 году. Важное свойствао – специфичность, избирательность

действия только на определенные, чувствительные виды микроорганизмов. Описано более 5 тысяч, на

практике применяется около 100 (основное требование - максимальная безвредность для

макроорганизма).

Антагонистическое действие некоторых микроорганизмов было замечено давно и применялось

в народной медицине (плесени – для лечения ран, кисломолочные для лечения кишечных заболеваний

и туберкулеза). Роль ученого-первооткрывателя антибиотиков принадлежит Александру Флемингу –

английскому ученому-бактериологу (1881-1955). Он заметил, что в чашках Петри вокруг разросшихся

колоний плесеней появились участки, очищенные от стафилококковых колоний. Флеминг пересеял

пенициллиновую плесень в жидкую среду и выделил вещество, подавляющее стафилококки –

пенициллин.

Первый пенициллин был нестойким, быстро терял свойства, был дорогим из-за сложной

очистки. Только после того как методами направленной селекции удалось получить штаммы,

продуцирующие в десятки тысяч раз больше антибиотических веществ, чем природные штаммы,

производство и применение антибиотиков приобрело широкие масштабы. Сейчас ученые вынуждены

постоянно работать над получением новых антибиотиков, т.к. патогенные микроорганизмы обладают

способностью к приобретению антибиотикоустойчивости.

По происхождению антибиотики делятся на:

- продуцируемые актиномицетами (стрептомицин, тетрациклин, неомицин, нистатин и др),

активны в отношении грам+ бактерий (возбудителей туберкулеза, брюшного тифа, бруцеллеза,

сальмонеллеза и др.);

- продуцируемые плесневыми грибами (пенициллиновые – действуют на грам+ стафилококки

и стрептококки);

- продуцируемые бактериями (грамицидин, субтилин, низин), подавляют развитие кишечных

палочек, стафилококков, маслянокислых бактерий;

- животного происхождения (лизоцим, эритрин из эритроцитов, экмолин из тканей рыб);

- растительного происхождения (фитонциды лука, чеснока, крапивы и др.)

Бывают также полусинтетические (полученные биопутем, но подвергнутые химической

модификации) и синтетические антибиотики.

По механизму биологического действия условно подразделяют на:

- ингибирующие синтез клеточной стенки (пенициллин);

- нарушающие функции мембран (грамицидин, нистатин);

- подавляющие синтез НК (канамицин, неомицин);

- ингибиторы процессов дыхания.

Эффективность действия антибиотика зависит от следующих факторов:

- природы (происхождения, механизма действия) антибиотика;

- концентрации и времени действия антибиотика;

- свойств клетки;

- внешних условий (температуры, рН и др).

15. 8 Биологические принципы консервирования.

Знания о влиянии факторов внешней среды используются для регулирования

жизнедеятельности микроорганизмов при производстве и хранении продуктов (субстратов) в

биотехнологической промышленности.

Выделяют 3 биологические принципа консервирования:

Биоз – поддержание в продукте или сырье жизненных процессов, препятствующих развитию

микроорганизмы, а также использование естественного иммунитета сырья (бактерицидная фаза

молока).

Анабиоз – подавление биологических процессов; различают несколько видов:

- термоанабиоз – охлаждение (психроанабиоз) и замораживание (криоанабиоз);

- ксероанабиоз (удаление влаги, высушивание),

- осмоанабиоз (создание высоких концентраций осмотически активных веществ),

- наркоанабиоз (фасовка и хранение в среде газов – кислорода, азота, углекислого газа),

- ценоанабиоз (введение полезных микроорганизмы, подавляющих развитие вредных).

Абиоз – полное прекращение жизненных процессов, достигается путем стерилизации.

16. Генетика и селекция микроорганизмов

16.1 История изучения изменчивости микроорганизмов.

Начало серьезного изучения изменчивости микроорганизмов относится ко второй половине 19

века. В это время формировались два противоположных направления:

- полиморфизм – отрицание постоянства формы бактерий, существует только несколько

видов, которые подвержены постоянным изменениям морфологических, культуральных,

биохимических свойств в зависимости от условий; отрицание возможности систематики

микроорганизмов;

- мономорфизм (связан с разработкой методов выделения чистых культур на плотных

питательных средах) – отрицание изменчивости свойств микробов, созданы основы классификации

микроорганизмов.

Современные научные представления: в природе существует множество видов

микроорганизмов, обладающих определенными биологическими свойствами, которые передаются по

наследству и могут изменяться под влиянием физических, химических и биологических факторов

внешней среды.

16.2 Виды и формы изменчивости микроорганизмов

Как и у других живых организмов, изменчивость микробов может быть фенотипической и

генотипической, в т.ч. мутационной и комбинативной.

Генотипическая комбинативная изменчивость связана с рекомбинацией генов, при этом

меняется характер их взаимодействия, в результате меняются признаки. У прокариот известны особые

виды комбинативной изменчивости – трансформация, трансдукция, коньюгация.

Трансформация – перенос участка ДНК от клетки донора к клетке-реципиенту. Условие –

клетка-донор разрушена.

Явление открыто в 1928 году Гриффитом. Английский микробиолог наблюдал изменения

наследственного признака у пневмококков Diplococcus pneumoniae. У этого вида имеются несколько

штаммов, отличающихся формой колоний (S и R) и вирулентностью. Штамм S вызывает гибель

животных от пневмонии, штамм R – не вызывает. Гриффит заражал мышей смесью R-штамма и

убитых нагреванием бактерий S-штамма, при этом мыши заболевали и погибали, а среди выделенных

клеток были обнаружены S-штаммы, т.е. произошло превращение некоторых бактерий R-штамма в

вирулентные. В 1944 году американский микробиолог Эйвери повторил эксперимент, но на другом

уровне: выделил из S-штамма ДНК, внес ее в культуру с R-штаммом и показал, что переносчиком

информации о вирулентности является ДНК. Так было получено одно из доказательств того, что ДНК

– материал наследственности и изменчивости.

Путем трансформации может быть изменена болезнетворность микробов,

чувствительность к антибиотикам, способность к синтезу ферментов и другие признаки.

Трансдукция – перенос генетического материала от клетки-донора к клетке-реципиенту

умеренным фагом.

Явление открыто в 1952 году Циндлером и Ледербергом. Объект - тифозные бактерии

Salmonella typhimurium. В У-образную трубку, разделенную бактериальным фильтром, были

помещены 2 штамма бактерий – один (2А) способен синтезировать триптофан, второй (22А) – не

способен. В среду был внесен бактериофаг, после чего некоторые клетки 22А приобрели способность

к синтезу этой аминокислоты. Так было доказано, что бактериофаги могут являться переносчиками

наследственной информации.

Конъюгация – форма полового процесса между микроорганизмами, при котором происходит

передача ядерного вещества (участка хромосомной ДНК или чаще плазмиды).

У некоторых микроорганизмов в процессе конъюгации большую роль играют F-пили. Клетки,

выполняющие роль донора, называют F+ (F - фактор фертильности), реципиента – F-.

Явление коньюгации открыто в 1946 году Ледербергом и Тейтумом, которые проводили

эксперименты с мутантами кишечной палочки E.coli. Теоретически вероятность мутации генов,

приводящей к способности синтезировать 4 аминокислоты была равна 10

-14

, а в опыте получали

частоту 10

-6

. Было установлено, что необходимым элементом рекомбинации служит прямой контакт

родительских клеток, т.е. конъюгация. В дальнейшем это было подтверждено с помощью электронной

микроскопии.

Биологическое значение конъюгации стало ясно после внедрения в практику антибиотиков.

Устойчивость к антибиотикам, приобретенная даже одной выжившей клеткой, способна быстро

распространяться среди других бактерий путем конъюгации.

Изменчивость может касаться разных свойств микроорганизмов (формы изменчивости):

- морфологических - например, меняется форма клетки (плеоморфизм);

- культуральных - на плотных питательных средах некоторые микроорганизмы могут

образовывать колонии разной формы, например:

 S-формы с гладкими, ровными краями, прозрачные;

 R – формы шероховатые, непрозрачные со складчатой поверхностью и ворсинчатым

краем;

 М-форма – слизистая; у патогенных наиболее болезнетворной (вирулентной)

является S-форма;

- биологических, например, болезнетворность снижается при воздействии температуры,

высушивания, химических веществ, это используется для приготовления вакцин;

- отношение к антибиотикам – могут появляться устойчивые штаммы, больше всего таких

штаммов в больницах;

- способность к синтезу ферментов, потребности в определенных факторах роста и др.

16.3. Селекция микроорганизмов

Цель селекции – отбор организмов с улучшенными промышленно-ценными свойствами.

Микроорганизмы как объекты селекции имеют ряд особенностей:

 быстрая смена поколений, следовательно, ученые имеют больше возможностей для

отбора;

 большое количество генотипически однородного материала также расширяют

возможности науки, но выделение отдельных изменившихся клеток - очень трудоемкий процесс;

 отсутствует половое размножение, поэтому не применимы известные методы селекции

высших организмов (скрещивание, гибридизация).

Этапы селекции:

1. Выбор объекта. Для селекции используют микроорганизмы из коллекционных (музейных)

культур, известные промышленные продуценты, выделенные из природных субстратов с учетом того,

что хотим получить. Крупные коллекции микроорганизмов: NCDO (National Collection of Dairy

Organisms), VKPM (ВКПМ – Всероссийская коллекция промышленных микроорганизмов), ATCC

(American Type Culture Collection)

2. Мутагенез (индуцированный с помощью физических или химических факторов) или

рекомбиногенез – слияние клеток (у эукариот), генная инженерия, конъюгация, трансформация,

трансдукция.

4. Отбор – естественный (например, выдерживают повышенную кислотность, остаются

наиболее кислотоустойчивые) или искусственный (ряд специальных методов, основанных на знании

биохимии и физиологии)

5. Стабилизация свойств полученных штаммов.

6. Консервация (в замороженном состоянии, в песке, под слоем масла и др.)

Цель генетической инженерии: получить организмы с улучшенными или принципиально

новыми свойствами. Значимые результаты были получены при работе с микроорганизмами.

Например, в настоящее время организовано промышленное производство инсулина и интерферона,

синтезируемых генетически модифицированной кишечной палочкой.

Основные этапы:

1. Получение необходимых генов путем вырезания фрагментов известного генома, с

помощью биосинтез или химического синтеза.

2. Включение гена в вектор–переносчик, в качестве которого могут использоваться

плазмиды, фаги, космиды (объединение фрагмента ДНК бактериофага и плазмид).

3. Ввод вектора в геном клетки-хозяина (осуществляется путем трансформации,

трансдукции и др.)

4. Отбор бактерий с новым геном, закрепление новых свойств.

16.4 Структура и функции оперона – генетической системы регуляции синтеза белка у бактерий

В ДНК содержится информация обо всех ферментах, которые вообще может синтезировать

данная клетка. Для исключения лишних затрат энергии в клетке должен идти синтез только тех

ферментов, которые ей необходимы в данный момент времени, в определенных условиях внешней

среды.

Основой регуляции процессов синтеза белка является оперон – комплекс генов, включающий:

- ген-регулятор (Р), обеспечивающий синтез белка-репрессора (РЕП);

- ген-оператор (О), управляет включением и выключением считывания информации со

структурных генов, способен взаимодействовать с белком-репрессором;

- ген-промотор (П) – место прикрепления РНК-полимеразы – фермента, осуществляющего

процесс транскрипции;

- структурные гены (СГ, содержат информацию о последовательности аминокислот в

ферментах).

Механизм функционирования системы регуляции синтеза белка был открыт в 1962 году

Жакобом и Моно при исследовании культивирования кишечной палочки в лактозной среде и назван

lac-опероном.

Упрощенно этот механизм может быть описан следующим образом. На основе информации

гена-регулятора синтезируется белок-репрессор; если он активный, он связывается с геном-

оператором, перекрывая путь для РНК-полимеразы – процесс трансляции и последующего синтеза

белка выключается (запрещается). Если появляется индуктор (например, лактоза в lac-опероне), он

присоединяется с белку-репрессору, приводя его в неактивное состояние. Оператор становится

активным и включает процесс считывания информации со структурных генов – разрешает

трансляцию. Происходит считывание информации с ДНК, начинается синтез необходимого белка –

фермента (например, β-галактозидазы в lac-опероне).

Это только один из возможных механизмов, который называется запрещающей индукцией.

Существуют и другие механизмы регуляции синтеза белка: разрешающая индукция, разрешающая и

запрещающая репрессия, в которых принимают участие апоиндукторы и корепрессоры.

17. Экология микроорганизмов

17.1 Функции микроорганизмов в природе

Микроорганизмы – живые существа, наиболее широко распространенные в природе и

играющие огромную роль в круговороте веществ. Основными функциями микроорганизмов в

природных местообитаниях являются следующие:

 минерализация, т.е. разрушение органических субстратов до СО

, NH

, H

, СН

, Н

О;

 поставка питательных веществ (в виде метаболитов, полисахаридов) для других

хемогетеротрофных микро- и макроорганизмов, т.е. участие в пищевых цепях

 модификация сложных соединений в форму, доступную для других организмов;

 выделение соединений, подавляющих активность других микроорганизмов или

ограничивающих выживание и функционирование макроорганизмов.

17.2. Микрофлора почвы.

Микроорганизмы играют огромную роль в формировании почвы с древних времен и по наше

время. В 1 г чернозема содержится от десятков млн. до нескольких млрд. микробных клеток. Больше

всего их в поверхностных слоях почвы (10-20 см) – богаты органикой, насыщены кислородом; но

обнаружены и на очень больших глубинах – до 200 м. На количество и видовое разнообразие

микрофлора влияет минеральный состав почв, время года, влажность, загрязненность сточными

водами и др. факторы.

Основные представители:

- цианобактерии (в основном сине-зеленые водоросли) – используют солнечную энергию

для синтеза органики из СО

и Н

О, в глубине могут вести себя как гетеротрофы;

- грибы - плесневых больше, чем дрожжей, в основном пенициллиновые, мукоровые и

аспергилловые; любят кислые, богатые органикой почвы;

- актиномицеты (лучистые грибки, по строению клетки относятся к прокариотам, но

имеют ветвящиеся формы и мицелий, напоминающий плесени) – самые активные разрушители

органики, устойчивы к неблагоприятным условиям, до 30% всей микрофлора почвы;

- бактерии (гетеротрофы) – очень разнообразные, тысячи видов, обязательные звенья в

цепи круговоротов азота, углерода, серы, фосфора, железа и др.; часто высеваются спорообразующие,

гнилостные сапрофитные, но присутствуют и патогенные – возбудители столбняка, ботулизма,

сибирской язвы.

Бактерии имеют тенденцию присутствовать в виде микроколоний на поверхности почвенных

частиц или в виде суспензии в почвенном растворе в порах. Нитчатые грибы и мицелиальные формы

прокариот способны расти как на почвенных частицах, так и между ними, оплетая их. Простейшие

обитают в водной пленке и поедают бактерии.

О санитарном состоянии почв судят по содержанию бактерий группы кишечной палочки

(БГКП, показатель загрязнения фекальными сточными водами) и термофилов. В процессе разложения

органических остатков происходит смена микробных ассоциаций и самоочищение почвы (снижается

БГКП, патогенных), но нужно время.

17.3 Микрофлора воды

Вода – естественная, благоприятная среда для микроорганизмы. Больше в прибрежной зоне и

на поверхности, меньше – вдали от берега и на глубине. Количество зависит от содержания

органических веществ (источников питания), температуры, освещенности, расположения (вблизи

населенных пунктов больше) и др. факторов. Наименее загрязнены атмосферные и поземные воды,

наиболее – непроточные мелкие водоемы. Микроорганизмы попадают из почвы, воздуха, со сточными

водами.

Микрофлора является составной частью биоценозов, которые делятся в зависимости от

глубины на:

 нейстон – организмы на поверхности воды;

 планктон – в толще воды;

 бентос – на дне.

В поверхностной зоне преобладают микроорганизмы, способные находиться во взвешенном

состоянии: клетки, имеющие жгутики, простеки, прикрепительные диски, газовые вакуоли, очень

маленькие размеры. Из способов метаболизма преобладают фототрофия, метилотрофия и

нитрификация.

Вся толща водной массы поделена на ряд зон: подзона фотосинтеза, подзоны продукции

биомассы гетеротрофных и хемолитотрофных микроорганизмов, подзона деструкции органического

вещества, подзона термоклина.

В поверхностном слое ила обитают прикрепленные или скользящие микроорганизмы,

относящиеся к микроаэрофилам или факультативным анаэробам, ниже располагаются анаэробы,

сульфатредукторы и метаногены.

Микробиологическую загрязненность (обсеменение) воды выражают сапробностью и делят

весь объем водоема на 3 зоны:

- полисапробная зона характеризуется развитием микробиоценозов в

сильнозагрязненной воде, с большим количеством органических веществ, кислород быстро

поглощается, создаются анаэробные условия для разложения органики с образованием метана,

меркаптанов, сероводорода, вода имеет неприятный запах, в 1 мл содержится миллионы

микроорганизмов, в т.ч. много кишечной палочки, возможно присутствие и патогенных;

- мезосапробная зона – органики меньше, идут процессы окисления и нитрификации,

кол-во кишечной палочки меньше, в 1 мл не более 100 тыс микроорганизмов;

- олигосапробная зона – органика почти полостью минерализована, процесс очищения

воды на стадии завершения, в 1 мл – десятки или сотни микроорганизмов, кишечной палочки мало.

Вода способна к естественному самоочищению под влиянием физических (оседание,

солнечный свет), химических (реакции минерализации) и биологических процессов (микроорганизмы

переваривают органику, затем друг друга)

Видовой состав: бактерии – автотрофы и гетеротрофы, бактериофаги, простейшие, плесневые

грибы, все типы взаимоотношений (инфузория способна поглотить за 1 ч 30 тысяч бактерий, после

отмирания используется бактериями), благодаря чему поддерживается равновесие биогеоценозов в

гидросфере. В загрязненной воде могут быть возбудители инфекционных заболеваний.

Сточные воды предприятий пищевой промышленности образуются при мойке

технологического оборудования, трубопроводов, тары, сбросе вторичного сырья. Для очистки

необходимо устраивать специальные биологические станции, пруды, фильтры. Биологическая очистка

основана на использовании активного ила, в состав которого входят бактерии, инфузории, нитчатые

водоросли, молочнокислые и др., обеспечивающие распад всех веществ сточных вод.

Вода, используемая в производстве пищевых продуктов, должна отвечать требованиям

СанПиН 2.1.4.559-96 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных

систем питьевого водоснабжения. Контроль качества».