При какой температуре размножаются бактерии
Avtotehpomosch-kruglosutochno.ru

Автомобильный портал

При какой температуре размножаются бактерии

Бактерии

Люди – редкое исключение в мире бактерий.

Бактерии (греч. bakterion – палочка) – простые одноклеточные микроскопические организмы, принадлежащие к прокариотам. В пищевых цепях они играют важнейшую роль редуцентов: разлагают органические вещества мертвых животных и растений.

Бактерии обладают исключительной устойчивостью: их можно обнаружить даже на стенках ядерного реактора. Такая способность связана с их быстрым размножением – при благоприятных условиях бактерии делятся каждые 20 минут. При изменении условий внешней среды (за счет мутаций) выживают и размножаются те формы, которые устойчивы к действию того или иного фактора (к примеру, радиации).

Строение бактерий

Бактерии имеют клеточную стенку, состоящую из муреина (пептидогликана) и выполняющую защитную функцию. У бактерий (прокариот, доядерных) отсутствуют мембранные органоиды. В их клетке можно найти только немембранные: рибосомы, жгутики, пили. Пили – поверхностные структуры, которые служат для прикрепления бактерии к субстрату.

Наследственный материал находится прямо в цитоплазме (не в ядре, как у эукариот) в виде нуклеоида. Нуклеоид (лат. nucleus – ядро + греч. eidos вид) – одна сложная кольцевидная молекула ДНК, не ограниченная мембранами от остальной части клетки.

Долгое время выделяли “особый органоид” бактерий – мезосомы, считали, что они могут участвовать в некоторых клеточных процессах.

Спешу сообщить, что на данный момент установлено однозначно: мезосомы это складки цитоплазматический мембраны, образующиеся только лишь при подготовке бактерий к электронной микроскопии (это артефакты, в живой бактерии их нет).

При наступлении неблагоприятных для жизни условий бактерии образуют защитную оболочку – спору. При образовании споры клетка частично теряет воду, уменьшаясь при этом в объеме. В таком состоянии бактерии могут сохраняться тысячи лет!

В состоянии споры бактерии очень устойчивы к изменениям температуры, механическим и химическим факторам. При изменении условий среды на благоприятные, бактерии покидают спору и приступают к размножению.

Энергетический обмен бактерий

Бактерии получают энергию за счет окисления веществ. Существуют аэробные бактерии, живущие в воздушной среде, и анаэробные бактерии, которые могут жить только в условиях отсутствия кислорода.

К аэробным бактериям относят многочисленных редуцентов, которые разлагают органические вещества мертвых растений и животных. Анаэробные бактерии составляют микрофлору нашего кишечника – бескислородную среду обитания.

Получают энергию бактерии путем хемо- или фотосинтеза. Среди хемосинтезирующих бактерий можно встретить нитрифицирующие бактерии, железобактерии, серобактерии.

Важно заметить, что клубеньковые бактерии (азотфиксирующие) не осуществляют хемосинтез: клубеньковые бактерии относятся к гетеротрофам.

Среди фотосинтезирующих бактерий особое место принадлежит цианобактериями (сине-зеленым водорослям). Благодаря им сотни миллионов лет назад возник кислород, а с ним и озоновый слой: появилась жизнь на поверхность земли и аэробный тип дыхания (поглощение кислорода), которым мы сейчас с вами пользуемся 🙂

Что касается бактерий гетеротрофов, то их способ питания основан на разложении останков животных и растений – сапротрофы (редуценты), либо же они питаются органами и тканями животных и растений – паразиты.

Биотехнология

Бактерии широко применяются в направлении биотехнологии – генной инженерии. Их используют для получения различных химических веществ (белков).

В ДНК бактерии вставляют нужный ген (к примеру, ген, кодирующий белковый гормон – инсулин), бактерия принимает новый участок гена за свой собственный, в результате чего начинает синтезировать белок с данного участка. На рибосомах подобных бактерий синтезируется инсулин, который человек собирает, обрабатывает и использует как лекарство.

Бактерии используются для получения антибиотиков (тетрациклина, стрептомицина, грамицидина), широко применяемых в медицине. Бактерии также применяют в пищевой промышленности, где их используют для получения молочнокислых продуктов, алкогольных напитков.

Классификация бактерий по форме

При микроскопии становятся заметны явные отличия форм бактерий.

По форме бактериальные клетки подразделяются на:

  • Стафилококки – их скопления похожи на виноградные грозди
  • Диплококки – округлой формы, расположенные попарно
  • Стрептококки – объединяются в цепочки, напоминающие нити жемчуга
  • Палочки
  • Вибрионы – изогнутые в виде запятой
  • Спириллы – спирально извитые палочки
  • Спирохеты – сильно извитые (до 10-15 витков) палочки

Размножение бактерий

Бактерии, как прокариоты (доядерные организмы), не могут делиться митозом, так как основное условие митоза – наличие ядра. Бактерии делятся бинарным делением клетки.

В ходе бинарного деления бактерия делится на две дочерние клетки, являющиеся генетическими копиями материнской. Деление в среднем происходит раз в 20 минут, популяция бактерий растет в геометрической прогрессии.

При размножении в лабораторных условиях бактерии образуют колонии. Колонии – видимые невооруженным глазом скопления клеток, образуемые в процессе роста и размножения микроорганизмов на питательном субстрате. Колонии выращиваются в чашках Петри.

Бактериальные инфекции

Многие патогенные бактерии приводят к развитию тяжелых заболеваний у человека. На настоящий момент при бактериальных инфекциях применяются антибиотики, дающие хороший эффект.

От некоторых болезней: дифтерия, коклюш и т.д. разработаны вакцины, дающие стойкий пожизненный иммунитет. После вакцинации образуются антитела к возбудителю, вследствие чего организм становится защищен от подобных инфекций: при встрече с возбудителем человек не заболевает, или переносит болезнь в легкой форме.

К бактериальным инфекциям относятся: чума, дифтерия, туберкулез, коклюш, гонорея, сифилис, тиф, столбняк, брюшной тиф, сальмонеллез, дизентерия, холера. Ниже вы можете видеть возбудителей данных заболеваний и место их локализации в организме.

Для борьбы с бактериями, вирусами и грибами в медицинских учреждениях (уже часто и в домашних условиях) используется кварцевание. Кварцевание – процесс обеззараживания помещения, суть которого в лампе, испускающей ультрафиолетовое излучение, губительное для микроорганизмов.

При проведении медицинских процедур локального кварцевания (облучения УФ отдельных участков) тела следует одевать защитные очки для избежания ожога сетчатки глаза. При кварцевании помещений следует покинуть их по той же причине.

© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2020

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

При какой температуре размножаются бактерии

ТОВ “Промислова автоматизація” постачає промислове обладнання та електронні компоненти для автоматизації технологічних процесів, будівель і споруд, машинобудівних комплексів.

Температура воды и её влияние на развитие бактерий в трубопроводах

В последние годы очень часто появляются статьи о бактерии Legionella, а также об угрозе для жизни и здоровья людей, использующих бытовую горячую воду. В неправильно функционирующих системах тепловодоснабжения могут быть узлы, в которых эта бактерия может хорошо размножаться.

Заражение бактерией Legionella

Первый, самый известный случай заражения бактерией Legionella произошел в гостинице «Bellevue-Stratford» в Филадельфии в 1976 году [1]. Там проходила встреча около 4500 военных ветеранов из «Американского Легиона», из них 182 человека неожиданно заболели, признаки болезни были похожи на обычную пневмонию. Примененные стандартные антибиотики оказались неэффективными, и 29 заболевших умерли. Поскольку происхождение болезни было неизвестно, начался лихорадочный поиск причины.

Прошло много времени прежде, чем узнали, что болезнь вызвана бактерией, которая до сих пор не была выявлена. От названия «Американский легион», в котором служили жертвы и у которых первый раз обнаружили бактерию, ее назвали «Legionella pneumophila», а болезнь, которую она вызывает «легионеллез».

Самая масштабная в Европе эпидемия легионеллеза вспыхнула в апреле 1985 года в Главной районной больнице в городе Страффорд в Великобритании, где из 101 человека заболевших легионеллезом, умерли 28.

В обоих случаях, как выявили позже, причиной был кондиционер. Источником заражения стал водный аэрозоль, содержавший бактерии Legionella, который поступал в помещение из системы кондиционирования.

Характеристика бактерии

Имеет огромную способность приспосабливаться к условиям окружающей среды.

Способность вызывать болезнь на много меньше при t=24 °C чем при t=37 °C. Способность к размножению сохраняется при t от 15 °C дo t=46 °C, при t= 46 °C размножение приостанавливается, при 48 °C и более – гибнет [1]. Её основное развитие происходит при t= 37…43 °C. В естественных условиях острая конкуренция со стороны других микроорганизмов при более низкой температуре не позволяет ей доминировать.

Живёт только в течение нескольких часов. Это значит, что даже если происходит размножение бактерии, за это время другие погибнут. Благодаря этому соблюдается равновесие.

Четко описанные условия её выращивания в лабораторных питомниках свидетельствуют о том, что не являются свободно живущей бактерией. Черпает необходимые для роста субстанции из живых или отмерших клеток сопутствующих ей микроорганизмов.

Это, вероятно, объясняет факт выживания и размножения бактерии в естественной среде в экстремальных условиях (низкие температуры, высокие температуры, высушивание, средства дезинфекции).

Встречается во всех естественных водах, во влажных местах, озерах, реках, морях, грунтовых водах. В системах очистки водопроводной воды бактерии удаляются не полностью.

Таким образом, бактерии в небольшом, неопасном для человека количестве попадают в системы водоснабжения здания.

Считается, что Legionella pneumophila, т. е. наиболее нежелательный вид в трубопроводных системах, находится в летаргии при температуре менее 20 °C. Размножается наиболее интенсивно в диапазоне температур 37…43 °C и поддается пастеризации при температуре свыше 46 °C. Поддержание в течение определенного времени высокой – на уровне 60…70 °C температуры воды в бакеаккумуляторе и системе тепловодоснабжения гарантирует, что спустя относительно короткое время бактерии полностью погибнут.

Для развития бактерий, помимо соответствующей температуры, требуется питание. Таким питанием могут быть другие мертвые микроорганизмы, живущие в накипи, например, в анодной накипи эмалированных нагревателей или в продуктах коррозии. Бактерии развиваются также в коррозионных трещинах. Подходящей средой для их развития являются практически все эластомеры, что следует принимать во внимание при герметизации мест присоединения водоразборной арматуры.

Подходящие условия для развития встречаются в узлах водоподготовки и в системах тепловодоснабжения. Заражение системы тепловодоснабжения может быть временным – в случае, если бактерии появились в одном из элементов системы или арматуры, например, в уплотнителе при распылителе душа, или систематическим – если в системе тепловодоснабжения существуют места, в которых бактерии постоянно размножаются и откуда они вымываются.

В этом случае их концентрация в воде не изменяется даже при интенсивном промывании системы. В случае случайного заражения замена уплотнителей, промывка и очистка от камня, а также продуктов коррозии арматуры или сильный напор воды приводят к уменьшению концентрации бактерий.

Размножению способствует, прежде всего, слишком низкая температура горячей воды в водонагревателях и баках при длительном периоде ее нахождения, а также появляющиеся в результате недобросовестной чистки и содержания осадка или биопленки.

Читать еще:  Где стоит термостат на камазе

Биопленкой называют трехмерную колонию бактерий, содержащихся в матрицах внешнеклеточных полимеров, проявляющих способность к адгезии к стабильным поверхностям и друг к другу. Формирование матрицы биопленки защищает микроорганизмы (из которых состоит биопленка) от деградационной деятельности факторов окружающей среды.

Методы дезинфекции системы тепловодоснабжения

Практически во всех системах тепловодоснабжения присутствуют бактерии Legionella. Для уменьшения их концентрации проводится дезинфекция.

Химическая дезинфекция

Существует несколько методов химической дезинфекции: дезинфекция хлором, ионами меди и серебра, йодом и озоном.

Хлорирование – наиболее распространенный метод химической дезинфекции. Эффективность такой дезинфекции зависит от pH, температуры, количества органических соединений и присутствия биопленки.

Наиболее быстрым является процесс так называемого шокового гиперхлорирования, который заключается в использовании соединений хлора в таком количестве, чтобы достигнуть в течение двух часов концентрации свободного хлора 10 мг/дм3. При этом температура воды не может быть более 30 °C. Затем систему следует промывать, пока уровень свободного хлора не станет 0,1…0,3 мг/дм3, а pH воды – 7,6…8,3.

Этот метод является эффективным, но имеет и негативные стороны: необходимо постоянное наблюдение за системой в связи с тем, что во время хлорирования могут появиться соединения с канцерогенными свойствами, что может угрожать здоровью потребителей водопроводной воды. А также использование большой дозы хлора повышает коррозионную активность воды [8].

Дезинфекция ионами меди и серебра состоит в использовании синергетического биоразрушающего действия этих ионов. Предлагаемая доза составляет 0,2…0,4 мг/дм3 ионов меди и 0,02…0,04 мг/дм3 ионов серебра [8]. Во время использования этого метода необходимо постоянно наблюдать за концентрацией ионов меди и серебра.

Йодирование состоит в добавлении йода в воду. Применяемая доза йода составляет 16 мг/дм3, а время контакта – 1 ч.

Озонирование состоит в использовании для дезинфекции воды сильного окислителя – озона O3.

Сильными дезинфицирующими свойствами обладает атомный кислород, образовывающийся при распаде озона. Он приводит к сокращению бактерий в течение 5 мин. на 99 %. Однако в виду сильных окислительных свойств его можно применять для дезинфекции системы тепловодоснабжения в ограниченном объеме.

Химическое средство дезинфекции должно достичь всех точек системы. Это осуществляют путем кратковременного открытия всей водоразборной арматуры системы. Время контакта должно составлять от одного до двух часов [3].

Описанные выше химические методы в связи с необходимостью мониторинга, имеют серьезные сложности, вытекающие из поддержания соответствующей дозировки дезинфицирующего средства, а также его неблагоприятного влияния на свойства воды и повышение ее агрессивности. Это побуждает к применению физических методов дезинфекции систем тепловодоснабжения.

Дезинфекция с помощью ультрафиолетовых лучей

Бактерии, находящиеся трубопроводной воде, могут быть уничтожены с помощью ультрафиолетового излучения. Для такой дезинфекции подходят лампы, излучающие волны длиной от 220 до 320 нм. Чаще всего применяют УФ стерилизаторы, устанавливаемые перед водоразборными точками.

Этот метод эффективен только для бесцветной и прозрачной воды. Таким образом, перед такими устройствами необходимо установить фильтры, задерживающие суспензии и осадки.

Термическая дезинфекция системы

При термической дезинфекции воду нагревают до температуры дезинфекции в течение необходимого времени. Считается, что во время цикличной термической дезинфекции температура воды должна быть не ниже 70 °C [13]. Время дезинфекции составляет от 5 до 30 мин. При температуре воды 70 °C время ее дезинфекции составляет 5 мин., при температуре 65 °C время увеличивается до 10 мин., при 60 °C – до 30 мин. [8].

При проведении дезинфекции все водоразборные точки должны быть закрыты, а циркуляционный насос должен все время работать. Такой режим работы системы необходимо поддерживать до тех пор, пока не будет достигнута соответствующая температура во всех стояках. Если невозможно получить необходимую температуру во всей системе одновременно, дезинфекцию производят по частям системы. Точно так же, как и в случае с другими методами дезинфекции, этот процесс необходимо периодически повторять, чтобы минимизировать повторное заселение системы бактериями вида Legionella. Следует также помнить об обеспечении безопасности пользователей воды – защите от ошпаривания.

Выводы

Количество бактерий Legionella, которое может привести к заболеванию, точно не определено, однако это достаточно большое количество. Высокая вероятность заболевания существует при загрязнении воды достигающем 106 cfu/дм3.

Особенно велика вероятность попадания аэрозоля с бактериями в легкие при принятии душа. Закрытая душевая кабинка содействует большей и более длительной концентрации капелек воды вокруг человека, который моется. Количество бактерий 103 cfu/дм3, которые проникли в дыхательную систему при ингаляции, уже является достаточно высокой дозой, способной вызвать инфекцию при наличии благоприятных условий. После проникновения бактерий в организм болезнь может проявиться спустя несколько дней, иногда даже спустя несколько недель.

Бактерии Legionella размножаются в воде в пределах температуры от 20 до 46 °C. Оптимальной температурой их развития является 37…43 °C. Следовательно, холодная вода в системе не должна быть выше температуры 20 °C, а горячая вода – быть ниже 46 °C. Исследования показали, что наиболее многочисленные колонии бактерий содержатся в водопроводах с температурой воды 40 °C. Количество этих бактерий в воде обычно удерживается на уровне 104 cfu/дм3, а в осадках их количество может достигать даже 105…109 cfu/см2.

Бактерии Legionella развиваются особенно быстро в системах тепловодоснабжения с неправильно функционирующей циркуляцией. Многие старые системы так спроектированы, что вода в трубах охлаждается слишком интенсивно.

Одним из наиболее эффективных способов сокращения риска инфицирования бактериями Legionella из системы тепловодоснабжения является использование технических решений, обеспечивающих правильное функционирование циркуляции горячей воды вместе с поддержанием рекомендуемого уровня температуры воды в циркуляционном контуре.

Температура воды в системе тепловодоснабжения не должна быть менее 50 °C. Это условие невозможно выполнить на участках, где стояки соединяются с водоразборной арматурой в связи с отсутствием циркуляции в них. Эти участки должны быть выполнены из медных труб – материала, в котором Legionella практически не развивается. В виду распространенности наличия палочек Legionella в системах тепловодоснабжения эти системы должны периодически проверяться.

В связи с тем, что метод термической дезинфекции системы тепловодоснабжения относительно простой, эффективный и недорогой, он является наиболее приемлемым для широкого применения.

При проектировании системы тепловодоснабжения следует учитывать определенные рекомендации:

– проектировать систему циркуляции горячей воды таким образом, чтобы при правильной эксплуатации температура воды во всей системе не опускалась Опубликовано в Тепловодоснабжение

Бактерии

Скорость роста и размножения бактерий и других микроорганизмов зависит от условий окружающей среды. Температура, свет, наличие кислорода, влажность и рН-фактор (уровень кислотности или щелочности) наряду с наличием питания влияют на скорость развития бактерий. Из них особый интерес у техников и инженеров холодильного оборудования вызывает температура. Для каждой разновидности бактерий существует минимальная температура, при которой они могут развиваться. При температуре ниже данного порога бактерии впадают в спячку и не способны к воспроизводству. Точно так же для каждой разновидности бактерий существует порог максимальной температуры. При температуре выше этого предела бактерии разрушаются. Между этими пределами находится оптимальная температура, при которой бактерии размножаются с максимальной скоростью. Оптимальная температура для большинства бактерий, которые питаются пометом животных и мертвой тканью животных и растений (сапрофиты), от 24 до 30°С. Оптимальная температура для большинства бактерий, которые являются причиной инфекций и болезней носителя (патогенные бактерии), около 38°С. В большинстве случаев можно значительно снизить скорость размножения бактерий, если понизить температуру окружающей среды. Наконец, существует несколько разновидностей бактерий, которые лучше всего чувствуют себя при температуре кипения воды, в то время как другие — при температуре ее замерзания.

Дополнение к изложенному выше

Происхождение, эволюция, место в развитии жизни на Земле

Эукариоты возникли в результате симбиогенеза из бактериальных клеток намного позже: около 1,9—1,3 млрд лет назад. Для эволюции бактерий характерен ярко выраженный физиолого-биохимический уклон: при относительной бедности жизненных форм и примитивном строении, они освоили практически все известные сейчас биохимические процессы. Прокариотная биосфера имела уже все существующие сейчас пути трансформации вещества. Эукариоты, внедрившись в неё, изменили лишь количественные аспекты их функционирования, но не качественные, на многих этапах циклов элементов бактерии по-прежнему сохраняют монопольное положение.

Одними из древнейших бактерий являются цианобактерии. В породах, образованных 3,5 млрд лет назад, обнаружены продукты их жизнедеятельности — строматолиты, бесспорные свидетельства существования цианобактерий относятся ко времени 2,2—2,0 млрд лет назад. Благодаря ним в атмосфере начал накапливаться кислород, который 2 млрд лет назад достиг концентраций, достаточных для начала аэробного дыхания. К этому времени относятся образования, свойственные облигатно аэробной Metallogenium.

Появление кислорода в атмосфере нанесло серьёзный удар по анаэробным бактериям. Они либо вымирают, либо уходят в локально сохранившиеся бескислородные зоны. Общее видовое разнообразие бактерий в это время сокращается.

Предполагается, что из-за отсутствия полового процесса, эволюция бактерий идёт по совершенно иному механизму, нежели у эукариот[6]. Постоянный горизонтальный перенос генов приводит к неоднозначностям в картине эволюционных связей, эволюция протекает крайне медленно (а, возможно, с появлением эукариот и вовсе прекратилась), зато в изменяющихся условиях происходит быстрое перераспределение генов между клетками при неизменном общем генетическом пуле.

Строение

Из обязательных клеточных структур выделяют три:

  • нуклеоид
  • рибосомы
  • цитоплазматическая мембрана (ЦПМ)

С внешней стороны от ЦПМ находятся несколько слоёв (клеточная стенка, капсула, слизистый чехол), называемых клеточной оболочкой, а также поверхностные структуры (жгутики, ворсинки). ЦПМ и цитоплазму объединяют вместе в понятие протопласт.

Строение протопласта

Одним из основных отличий клетки бактерий от клетки эукариот является отсутствие ядерной мембраны и, строго говоря, отсутствие вообще внутрицитоплазматических мембран, не являющихся производными ЦПМ. Однако у разных групп прокариот (особенно часто у грамположительных бактерий) имеются локальные впячивания ЦПМ — мезосомы, выполняющие в клетке разнообразные функции и разделяющие её на функционально различные части. У многих фотосинтезирующих бактерий существует развитая сеть производных от ЦПМ фотосинтетических мембран. У пурпурных бактерий они сохранили связь с ЦПМ, легко обнаруживаемую на срезах под электронным микроскопом, у цианобактерий эта связь либо трудно обнаруживается, либо утрачена в процессе эволюции. В зависимости от условий и возраста культуры фотосинтетические мембраны образуют различные структуры — везикулы, хроматофоры, тилакоиды.

Вся необходимая для жизнедеятельности бактерий генетическая информация содержится в одной ДНК (бактериальная хромосома), чаще всего имеющей форму ковалентно замкнутого кольца (линейные хромосомы обнаружены у Streptomyces и Borrelia). Она в одной точке прикреплена к ЦПМ и помещается в структуре, обособленной, но не отделённой мембраной от цитоплазмы, и называемой нуклеоид. ДНК в развёрнутом состоянии имеет длину более 1 мм. Бактериальная хромосома представлена обычно в единственном экземпляре, то есть практически все прокариоты гаплоидны, хотя в определённых условиях одна клетка может содержать несколько копий своей хромосомы, а Burkholderia cepacia имеет три разных кольцевых хромосомы (длиной 3,6; 3,2 и 1,1 млн пар нуклеотидов). Рибосомы прокариот также отличны от таковых у эукариот и имеют константу седиментации 70 S (80 S у эукариот).

Читать еще:  Мутные фары что делать

Помимо этих структур, в цитоплазме также могут находиться включения запасных веществ.

Клеточная оболочка и поверхностные структуры

У бактерий существует два основных типа строения клеточной стенки, свойственных грамположительным и грамотрицательным видам.

Клеточная стенка грамположительных бактерий представляет собой гомогенный слой толщиной 20—80 нм, построенный в основном из пептидогликана с меньшим количеством тейхоевых кислот и небольшим количеством полисахаридов, белков и липидов (так называемый липополисахарид). В клеточной стенке имеются поры диаметром 1—6 нм, которые делают её проницаемой для ряда молекул.

У грамотрицательных бактерий пептидогликановый слой неплотно прилегает к ЦПМ и имеет толщину лишь 2—3 нм. Он окружён наружной мембраной, имеющей, как правило, неровную, искривлённую форму. Между ЦПМ, слоем пептидогликана и внешней мембраной имеется пространство, называемое периплазматическим, и заполненное раствором, включающим в себя транспортные белки и ферменты.

С внешней стороны от клеточной стенки может находиться капсула — аморфный слой, сохраняющий связь со стенкой. Слизистые слои не имеют связи с клеткой и легко отделяются, чехлы же не аморфны, а имеют тонкую структуру. Однако между этими тремя идеализированными случаями есть множество переходных форм.

Бактериальных жгутиков может быть от 0 до 1000. Возможны как варианты расположения одного жгутика у одного полюса (монополярный монотрих), пучка жгутиков у одного (монополярный перитрих или лофотрихиальное жгутикование) или двух полюсов (биполярный перитрих или амфитрихиальное жгутикование), так и многочисленные жгутики по всей поверхности клетки (перитрих). Толщина жгутика составляет 10—20 нм, длина — 3—15 мкм. Его вращение осуществляется против часовой стрелки с частотой 40—60 об/с.

Помимо жгутиков, среди поверхностных структур бактерий необходимо назвать ворсинки. Они тоньше жгутиков (диаметр 5—10 нм, длина до 2 мкм) и необходимы для прикрепления бактерии к субстрату, принимают участие в транспорте метаболитов, а особые ворсинки — F-пили —нитевидные образования, более тонкие и короткие (3—10 нм х 0, 3—10 мкм), чем жгутики — необходимы клетке-донору для передачи реципиенту ДНК при конъюгации.

Размеры

Однако были описаны нанобактерии, имеющие размеры меньше «допустимых» и сильно отличающиеся от обычных бактерий. Они, в отличие от вирусов, способны к самостоятельному росту и размножению (чрезвычайно медленным). Они пока мало изучены, живая их природа ставится под сомнение.

При линейном увеличении радиуса клетки её поверхность возрастает пропорционально квадрату радиуса, а объём — пропорционально кубу, поэтому у мелких организмов отношение поверхности к объёму выше, чем у более крупных, что означает для первых более активный обмен веществ с окружающей средой. Метаболическая активность, измеренная по разным показателям, на единицу биомассы у мелких форм выше, чем у крупных. Поэтому небольшие даже для микроорганизмов размеры дают бактериям и археям преимущества в скорости роста и размножения по сравнению с более сложноорганизованными эукариотами и определяют их важную экологическую роль.

Многоклеточность у бактерий

Многоклеточный организм должен отвечать следующим условиям:

  • его клетки должны быть агрегированы,
  • между клетками должно осуществляться разделение функций,
  • между агрегированными клетками должны устанавливаться устойчивые специфические контакты.

Многоклеточность у прокариот известна, наиболее высокоорганизованные многоклеточные организмы принадлежат к группам цианобактерий и актиномицетов. У нитчатых цианобактерий описаны структуры в клеточной стенке, обеспечивающие контакт двух соседних клеток — микроплазмодесмы. Показана возможность обмена между клетками веществом (красителем) и энергией (электрической составляющей трансмембранного потенциала). Некоторые из нитчатых цианобактерий содержат помимо обычных вегетативных клеток функционально дифференцированные: акинеты и гетероцисты. Последние осуществляют фиксацию азота и интенсивно обмениваются метаболитами с вегетативными клетками.

Размножение бактерий

При делении большинство грамположительных бактерий и нитчатых цианобактерий синтезируют поперечную перегородку от периферии к центру при участии мезосом. Грамотрицательные бактерии делятся путём перетяжки: на месте деления обнаруживается постепенно увеличивающееся искривление ЦПМ и клеточной стенки внутрь. При почковании на одном из полюсов материнской клетки формируется и растёт почка, материнская клетка проявляет признаки старения и обычно не может дать более 4 дочерних. Почкование имеется у разных групп бактерий и, предположительно, возникало несколько раз в процессе эволюции.

У бактерий наблюдается и половое размножение, но в самой примитивной форме. Половое размножение бактерий отличается от полового размножения эукариот тем, что у бактерий не образуются гаметы и не происходит слияния клеток. Однако главнейшее событие полового размножения, а именно обмен генетическим материалом, происходит и в этом случае. Этот процесс называется генетической рекомбинацией. Часть ДНК (очень редко вся ДНК) клетки-донора переносится в клетку-реципиент, ДНК которой генетически отличается от ДНК донора. При этом перенесённая ДНК замещает часть ДНК реципиента. В процессе замещения ДНК участвуют ферменты, расщепляющие и вновь соединяющие цепи ДНК. При этом образуется ДНК, которая содержит гены обеих родительских клеток. Такую ДНК называют рекомбинантной. У потомства или рекомбинантов, наблюдается заметное разнообразие признаков, вызванное смещением генов. Такое разнообразие признаков очень важно для эволюции и является главным преимуществом полового размножения. Известны 3 способа получения рекомбинантов. Это — в порядке их открытия — трансформация, конъюгация и трансдукция.

Влияние температуры на рост и размножение бактерий.

Температура.Следует различать 1) температурные условия, при которых микроорганизмы растут и размножаются и 2) температурные границы, при которых микроорганизмы остаются живыми. Понятно, что во втором случае диапазон температур шире.

1) В зависимости от температурных условий, которые требуют мик­роорганизмы для своего роста и размножения, различают три группы: психрофилы, растущие при низкой температуре, мезофилы – при сред­ней, и термофилы – при высокой температуре

Для психрофилов оптимальная температура для роста 10-15°С. ми­нимальная 0-5°С, максимальная 25-30°С. Большинство из них свободноживущие и паразиты холоднокровных животных, по есть и патогенные для человека, например, иерсинии, псевдомонады. Они разм­ножаются при температуре бытового холодильника и более вирулент­ны при низких температурах.

Мезофилы размножаются преимущественно в организме теплок­ровных животных и человека. Оптимальная температура для их роста 30-37°С, максимальная 43-45°С, минимальная 15-20°С. Большинство па­тогенных микроорганизмов относятся к мезофилам. В окружающей среде они обычно не размножаются, но могут сохраняться живыми.

Для термофилов оптимальная температура для роста 50-60°С, ми­нимальная равна 45°С максимальная 90°С. Термофильные бактерии живут в юрячей воде гейзеров. Они не размножаются в организме че­ловека.

2) Температурные зоны гибели микроорганизмов шире, чем тем­пературы, при которых они могут расти.

Микроорганизмы более чувствительны к высоким температурам, при которых наступает их гибель вследствие свертывания белков и повреждения ферментов. Вегетативные формы бактерии погибают при 60-80°С в течение часа, при 100°С – через 1 минуту. Споры бактерий устойчивы к 100°С, например, споры палочек столбняка и ботулизма выдерживают кипячение в течение нескольких часов. Для того, чтобы убить споры, создают температуру сухого жара 160-170°С, пара под давлением 120-134°С. Высокие температуры применяют при стерили­зации – обеспложивании различных материалов.

К низким температурам микроорганизмы более устойчивы. Мно­гие из них переносят замораживание. Холерный вибрион, сальмонел­лы, кишечная палочка могут сохраняться во льду. Особенно устой­чивы к низким температурам споры бактерий и вирусы. В то же время есть виды микробов, не переносящих температуры ниже 20°С: менингококки, гонококки, возбудители коклюша, сифилиса.

Жизнедеятельность бактерий характеризуется ростом —формированием структурно-функциональных компонентов клетки и увеличением самой бактериальной клетки, а также размножением — самовоспроизведением, приводящим к увеличению количества бактериальных клеток в популяции.

Бактерии размножаются путем бинарного деления пополам,реже путем почкования. Актиномицеты, как и грибы, могут размножаться спорами. Актиномицеты, являясь ветвящимися бактериями, размножаются путем фрагментации нитевидных клеток.

Грамположительные бактерии делятся путем врастания синтезирующихся перегородок деления внутрь клетки, а грамотрицательные — путем перетяжки, в результате образования гантелевидных фигур, из которых образуются две одинаковые клетки.

Размножение бактерий в жидкой питательной среде. Бактерии,засеянные в определенный, не изменяющийся объем питательной среды, размножаясь, потребляют питательные элементы, что приводит в дальнейшем к истощению питательной среды и прекращению роста бактерий. Культивирование бактерий в такой системе называют периодическим культивированием, а культуру —периодической. Если же условия культивирования поддерживаются путем непрерывной подачи свежей питательной среды и оттока такого же объема культуральной жидкости, то такое культивирование называется непрерывным, а культура — непрерывной.

При выращивании бактерий на жидкой питательной среде наблюдается придонный, диффузный или поверхностный (в виде пленки) рост культуры. Рост периодической культуры бактерий, выращиваемых на жидкой питательной среде, подразделяют на несколько фаз, или периодов:

· фаза логарифмического роста;

· фаза стационарного роста, или максимальной концентрации бактерий;

· фаза гибели бактерий.

Эти фазы можно изобразить графически в виде отрезков кривой размножения бактерий, отражающей зависимость логарифма числа живых клеток от времени их культивирования.

Лаг-фаза (от англ. lag — запаздывание) — период между посевом бактерий и началом размножения. Продолжительность лаг-фазы в среднем 4—5 ч. Бактерии при этом увеличиваются в размерах и готовятся к делению; нарастает количество нуклеиновых кислот, белка и других компонентов.

Фаза логарифмического (экспоненциального) роста является периодом интенсивного деления бактерий. Продолжительность ее около 5-6 ч. При оптимальных условиях роста бактерии могут делиться каждые 20—40 мин. Во время этой фазы бактерии наиболее ранимы, что объясняется высокой чувствительностью компонентов метаболизма интенсивно растущей клетки к ингибиторам синтеза белка, нуклеиновых кислот и др. Затем наступает фаза стационарного роста, при которой количество жизнеспособных клеток остается без изменений, составляя максимальный уровень (М-концентрация). Ее продолжительность выражается в часах и колеблется в зависимости от вида бактерий,их особенностей и культивирования. Завершает процесс роста бактерий фаза гибели, характеризующаяся отмиранием бактерий в условиях истощения источников питательной среды и накопления в ней продуктов метаболизма бактерий.

Продолжительность ее колеблется от 10 ч до нескольких недель.

Интенсивность роста и размножения бактерий зависит от многих факторов, в том числе оптимального состава питательной среды, окислительно-восстановительного потенциала, рН, температуры и др.

Размножение бактерий на плотной питательной среде. Бактерии,растущие на плотных питательных средах, образуют изолированные колонии округлой формы с ровными или неровными краями (S- и R-формы; см. главу 5), различной консистенции и цвета, зависящего от пигмента бактерий.

Читать еще:  Как сделать глушитель своими руками

Пигменты, растворимые в воде, диффундируют в питательную среду и окрашивают ее, например синегнойная палочка (Pseudomonas aeruginosa) окрашивает среду в синий цвет.

Другая группа пигментов нерастворима в воде, но растворима в органических растворителях. Так, колонии «чудесной палочки» имеют кроваво-красный пигмент, растворимый в спирте. И, наконец, существуют пигменты, не растворимые ни в воде, ни в органических соединениях.

Наиболее распространены среди микроорганизмов такие пигменты, как каротины, ксантофиллы и меланины. Меланины являются нерастворимыми пигментами черного, коричневого или красного цвета, синтезирующимися из фенольных соединений.

Меланины наряду с каталазой, супероксидцисмутазой и пероксидазами защищают микроорганизмы от воздействия токсичных перекисных радикалов кислорода.Многие пигменты обладают антимикробным, антибиотикоподобным действием.

Вид, форма, цвет и другие особенности колоний на плотной питательной среде могут учитываться при идентификации бактерий, а также отборе колоний для получения чистых культур.

В промышленных условиях при получении биомассы микроорганизмов с целью приготовления антибиотиков, вакцин, диагностических препаратов, эубиотиков культивирование бактерий и грибов осуществляют в ферментерах при строгом соблюдении оптимальных параметров для роста и размножения культур.

25) Определение понятий: асептика, антисептика, дезинфекция, стерилизация.

Асептика– комплекс мероприятий, направленных на предупреж­дение попадания микробов в рану, или в пробирку с питательной сре­дой, в ампулу с лекарственным средством и т.д.

Антисептика– способ обеззараживания ран, операционного поля, рук хирурга, а также воздействие на инфекцию в организме пациента с помощью химических веществ – антисептиков.

Дезинфекция– уничтожение патогенных микробов в окружающей среде и различных объектах с целью прервать путь передачи и распро­странения инфекционного заболевания. Для дезинфекции используют химические вещества, лучевые и другие воздействия.

Стерилизация– процесс, направленный на полное уничтожение всех микроорганизмов в каком-либо объекте.

26) Стерилизация высокой температурой. Назвать методы и дать их характеристику: аппарат, режим, материалы.

Прокаливание на огне.Это надежный метод стерилизации, но он имеет ограниченное применение из-за порчи предметов. Таким спосо­бом стерилизуются бактериологические петли.

Стерилизация сухимжаром. Проводится в печи Пастера (сухожаровый шкаф) при температуре 160-170°С в течение 1-го часа. Этим способом стерилизуют лабораторную стеклянную посуду, пипетки, за­вернутые в бумагу, пробирки, закрытые ватными пробками. При тем­пературе выше 170°С начинается обугливание бумаги, ваты, марли.

Стерилизация паром под давлением (автоклавирование). Наиболее универсальный метод стерилизации. Проводится в автоклаве – водо-паровом стерилизаторе. Принцип действия автоклава основан на за­висимости температуры кипения воды от давления.

Автоклав представляет собой двустенный металлический котел с герметически закрывающейся крышкой. На дно автоклава наливают воду, в рабочую камеру помещают стерилизуемые предметы, закрыва­ют крышку, сначала не завинчивая ее герметически. Включают наг­ревание и доводят воду до кипения. Образующийся при этом пар вы­тесняет из рабочей камеры воздух, который выходит наружу через от­крытый выпускной кран. Когда весь воздух будет вытеснен, и из крана пойдет непрерывной струей пар, кран закрывают, крышку закрывают герметически. Доводят пар до нужного давления под контролем мано­метра. Температура пара зависит от давления: при нормальном ат­мосферном давлении стрелка манометра стоит на 0 атм. – температура пара 100°С, при 0,5 атм. – 112°С, при 1 атм. -121°С, при 1,5 атм. – 127°С, при 2 атм. – 134°С. По окончании стерилизации автоклав отключают, ждут, пока давление не снизится, выпускают постепенно пар и откры­вают крышку. Обычно при давлении 1 атм. в течение 20-40 минут сте­рилизуют простые питательные среды и растворы, не содержащие бел­ков и углеводов, перевязочный материал, белье. Стерилизуемые мате­риалы должны быть проницаемы для пара. При стерилизации матери­алов в больших объемах (хирургические материалы) время увеличива­ют до 2 часов. При давлении 2 атм. производят обеззараживание па­тологического материала и отработанных культур микробов.

Питательные среды, содержащие сахара, нельзя стерилизовать при 1 атм., так как они карамелизуются, поэтому их подвергают дробной стерилизации текучим паром, или автоклавированнию при 0,5 атм.

Для контроля режима стерилизации применяются биологический и физический методы. Биологичесжй метод основан на том, что од­новременно со стерилизуемым материалом помещают споры Bacillus stearothermophilus, которые погибают при 121°С за 15 минут. После проведения стерилизации споры не должны дать рост на питательной среде. Физический метод основан на применении веществ, имеющих определенную точку плавления, например, серу (119°С), бензойную кислоту (120°С). Запаянные трубки, содержащие вещество в смеси с сухим красителем (фуксин) помещают в автоклав вместе со стерилизу­емым материалом. Если температура в автоклаве достаточна, веще­ство расплавится и окрасится в цвет красителя.

Стерилизация текучим паром_проводится в аппарате Коха или в автоклаве при незавинченной крышке и открытом выпускном кране. Воду в аппарате нагревают до 100°С. Образующийся пар проходит через заложенный материал и стерилизует его. Однократная обработка при 100°С не убивает споры. Поэтому применяют дробный метод сте­рилизации – 3 дня подряд по 30 минут, в промежутках оставляя на сут­ки при комнатной температуре. Прогревание при 100°С вызывает теп­ловую активацию спор, вследствие чего они прорастают до следующе­го дня в вегетативные формы и погибают при втором и третьем про­гревании. Вследствие этого стерилизация текучим паром могут под­вергаться только питательные среды, т.к. для прорастания спор необ­ходимо наличие питательных веществ.

Для материалов, разрушающихся при 100°С (например, сыворот­ки, питательные среды, содержащие белок) применяют другой вид дроб­ной стерилизации – тиндализацию. Стерилизуемый материал прогревают на водяной бане при 56-60°С в течение 5-6 дней подряд – в первый день в течение 2 часов, в остальные дни по 1 часу.

При какой температуре размножаются бактерии

Жизнь организмов определяется температурой больше, чем каким-либо фактором внешней среды, в связи с тем, что все организмы построены из химических компонентов и все процессы жизни происходят на основе химических реакций, подчиненных законам термодинамики. Температура действует не только на скорость химических реакций, но также является причиной структурной перестройки протеинов, фазовых перемещений жиров, изменения структуры воды. Температурная амплитуда биохимической активности относительно мала в связи со специфическими свойствами биомолекул.
Витальная температурная зона, в пределах которой осуществляется активная жизнедеятельность микроорганизмов, за некоторым исключением, укладывается в рамки от 0 o до 50-60 o С. Нижняя граница активной жизнедеятельности микроорганизмов лимитируется, прежде всего, капельно-жидкой водой, постоянным потоком которой в клетке поддерживается трехмерность белковых молекул и других структурных носителей жизни и протекающие процессы ассимиляции и диссимиляции. Поэтому кристаллизация воды в омывающих жидкостях и клетках служит критическим порогом их жизни. Однако, если верхний порог витальной зоны, который определяется тепловой коагуляцией белков, довольно узок, то нижняя граница зоны жизнедеятельности более широка и «размыта», вследствие многих прямых и косвенных адаптаций к сохранению части воды в жидком состоянии, выработавшихся у организмов в процессе эволюции. Судя по многочисленным фактам выживания микроорганизмов после глубокого охлаждения, холод не нарушает органических соединений, и при нагревании микробные тела возвращаются к жизни.
По отношению к температурным условиям микроорганизмы разделяют на мезофильные, психрофильные и термофильные (см.рис1). Деление бактерий на указанные группы довольно условно, так как температурные диапазоны их роста значительно перекрываются.

Большинство известных видов относится к мезофилам, у которых оптимальные температуры роста лежат между 3 o и 40 o , а температурный диапазон, в котором возможен рост находится между 10 и 45-50 o . типичным мезофилом является E. сoli: нижняя граница роста +10 o , верхняя +49 o , оптимальная температура +37 o при росте на богатой среде.
Психрофилы и факторы, определяющие возможнсоть роста при низких температурах. Область температур роста психрофилов лежит в пределах от –10 до +20 o и выше. В свою очередь психрофилы делятся на облигатных и факультативных.
Основное различие между подгруппами заключается в том, что облигатные психрофилы не способны к росту при температуре выше 20 o 0 а верхняя температурная граница роста факультативных форм намного выше. Различаются они также и оптимальными температурными зонами роста, находящимися у облигатных психрофилов значительно ниже, чем у факультативных. Принципиальное же сходство между ними – способность к росту при 0 o и минусовых температурах.

Термофилы и механизм термофилии.

Группу термофилов делят на 4 подгруппы:

  1. Термотолерантные виды растут в пределах от 10 до 55 – 60 o , оптимальная область лежит при 35 – 40 o .
  2. Факультативные термофилы имеют максимальную температуру роста между 50 и 65 o , но способны также к размножению при комнатной температуре (20 o ). К облигатным термофилам относят виды, обнаруживающие способность расти при температурах около 70 o и не растущие ниже 40 o .
  3. Наконец, недавно обнаружены прокариоты, выделенные в подгруппу экстремальных термофилов. Для них характерны следующие температурные параметры: оптимум в области 80 –105 o , минимальная граница роста 60 o и выше, максимальная – до 110 o . К экстримальным термофилам относятся организмы из группы архебактерий, не имеющие аналогов среди мезофилов, например представители родов Thermoproteus, Pyrococcus, Pyrodictium и др.

Появились публикации об обнаружении бактерий, способных расти при температуре воды 250 – 300 o С и давлении 265 атм (при этом давлении вода в жидком состоянии может находиться до 460 o С). Эти бактерии выделены из проб воды поднятых с глубины 2560 м над поверхностью Тихого океана, где предположительно они существуют в горячих струях, выбрасываемых на дне океана так называемыми «черными гейзерами». Давление в районе обнаружения бактерий около 250 атм, а температура воды может быть выше 350 o С. В связи с этим исследователи начинают переоценивать границы условий, при которых способны развиваться прокариоты. Высказывается предположение, что прокариоты могут существовать везде, где есть вода в жидком состоянии и достаточное количество питательных веществ.
Высокая температура вызывает коагуляцию структурных белков и ферментов микроорганизмов. Большинство вегетативных форм гибнет при 60 o С в течение 30 мин, а при 80-100 o С – через 1мин. Для сохранения жизнеспособности относительно благоприятны низкие температуры (например, ниже 0 o С), безвредные для большинства микробов. Бактерии выживают при температуре ниже -100 o С; споры бактерий и вирусы годами сохраняются в жидком азоте. Простейшие и некоторые бактерии (спирохеты, риккетсии и хламидии) менее устойчивы к температурным воздействиям.
Воздействие высоких температур широко используется в лабораторной микробиологической практике. Стерилизация (sterilis –бесплодный) объектов проводится методами автоклавирования, кипячения, тиндализации, пастеризации, фламбирования, стерилизацией сухим жаром, паром без давления.
В хирургической практике стерилизуют инструменты, растворы, перевязочный материал.

Холодоустойчивость микроорганизмов

Ссылка на основную публикацию
×
×
Adblock
detector