Материал: М_кроб_олог_я КЛ

50

ДНІПРОПЕТРОВСЬКИЙ УНІВЕРСИТЕТ ЕКОНОМІКИ ТА ПРАВА

КАФЕДРА ТОВАРОЗНАВСТВА ТА КОМЕРЦІЙНОЇ ДІЯЛЬНОСТІ

Н.П. Швидка

Мікробіологія

Опорний конспект лекцій

Дніпропетровськ

2006

Мікробіологія: Опорний конспект лекцій /Швидка Н.П. – Д.: ДУЕП, 2006. – 51с.

Укладач: Н.П. Швидка, к.х.н., доцент кафедри товарознавства та комерційної діяльності.

Відповідальний за випуск: В.А. Павлова, к.е.н., доцент, завідуюча кафедри товарознавства та комерційної діяльності.

ЗМІСТ

Тема 1. Морфологія та систематика мікроорганізмів З

Тема 2. Фізіологія мікроорганізмів 9

Тема 3. Мікробіологічні основи екології навколишнього середовища стор 17

Тема 4. Найважливіші біохімічні процеси, збудниками яких є

мікроорганізми 20

Тема 5. Патогенні мікроорганізми 26

Тема 6. Вплив умов зовнішнього середовища на життєдіяльність мікроорганізмів 31

Тема 7. Хвороби плодів та овочів 35

Тема 8. Мікробіологія важливих харчових продуктів 41

Тема 9. Основи санітарії та гігієни в харчовій промисловості 46

Література 51

ТЕМА 1. МОРФОЛОГІЯ ТА СИСТЕМАТИКА МІКРООРГАНІЗМІВ

ПЛАН

1. Мікробіологія як наука, її значення.

2. Мікроорганізми, їх місце у системі живих істот.

3. Класифікація мікроорганізмів.

4. Морфологічні властивості мікроорганізмів.

1. Мікробіологія як наука, її значення

Мікробіологія - наука, яка вивчає морфологію, фізіологію, еко­логію, систематику мікроорганізмів, їх роль і значення в житті люди­ни, тварин та рослин. Крім того, вона вивчає перетворення речовин у природі, інфекцію і імунітет, збудників деяких інфекційних захво­рювань, мікробіологічні процеси та ін.

Назва науки складається з трьох грецьких слів: «мікрос» - ма­лий, «біос» - життя та «логос» - наука. Таким чином, мікробіологія є наукою про життя мікроскопічних істот - мікроорганізмів. До них належать: бактерії, мікроскопічні гриби та віруси.

Мікробіологія вміщує декілька самостійних дисциплін: загаль­ну, медичну, ветеринарну, сільськогосподарську, промислову та ін.

Загальна мікробіологія вивчає морфологію, фізіологію, гене­тику мікроорганізмів, їх роль у перетворенні речовин у природі, ут­воренні біологічно активних сполук, що використовуються в різних галузях народного господарства.

Промислова мікробіологія перетворилася в міцну виробничу силу. За допомогою мікроорганізмів на виробництвах мікробіоло­гічної промисловості одержують продукти біологічного синтезу.

У середині 40-х рр. XX ст. склався новий науковий напрямок використання живих істот, що викликають процеси у виробництві біологічно активних сполук {антибіотиків, ферментів, вітамінів, гор­монів, амінокислот та ін.), який має назву біотехнології.

Наведемо декілька прикладів використання мікроорганізмів у деяких галузях.

Мікроорганізми - продуценти білка. В останній час ефективно розвивається мікробіологічна промисловість. Продукти біологічного синтезу мають велике значення, роблять відчутний внесок в економіку багатьох країн. Сучасні підприємства біологічного синтезу - це вели­чезні промислові підприємства з високою культурою виробництва.

Продуцентами таких широко відомих антибіотиків, як пеніцилін, стрептоміцин, тетрациклін та інші є плісняві гриби та актиноміцети. Більшість ефективних антибіотиків (з широким спектром дії) одер­жано за допомогою актиноміцетів.

2. Мікроорганізми, їх місце у системі живих істот

Мікроорганізми широко розповсюджені в природі. Академік В.Л. Омельянський писав про мікроби: «Дійсно вони всюдисущі... Незримо вони супроводжують людину на всьому його життєвому шляху, владно вторгаючись в його життя то як вороги, то як друзі. У великій кількості вони зустрічаються в стравах, які ми вживаємо, у воді, яку п'ємо та в повірті, котрим ми дихаємо».

Мікроорганізми були першими мешканцями на нашій планеті. Близько 3 млрд років тому вони сформували мікробіосферу - най-давнішню оболонку біоссрери Землі. Біомаса таких істот переви­щує сумарну біомасу рослин та тварин. Накопичена органічна спо­лука має великий енергетичний потенціал, оскільки з нього утворю­ються сховища нафти, газу, вугілля та інших корисних копалин. Енер­гетика і в наш час здебільшого визначає прогрес науки, техніки, а також благополуччя на Землі. Мікроорганізми беруть активну участь у перетворенні речовин. Вони підвищують плодоносність ґрунту. Так, амоніфікатори розкладають білкові речовини. Продукти їх життєді­яльності (аміак) окислюються нітрифікуючими бактеріями спочатку до азотистої, а потім до азотної кислоти. Солі азотної кислоти - нітра­ти - засвоюються вищими рослинами. Мікроорганізми фіксують азот з повітря, збагачують цим елементом ґрунт, що забезпечує підви­щення врожайності сільськогосподарських культур.

Мікроорганізми бувають корисними та шкідливими: деякі з них розкладають рештки рослин і тварин, очищуючи нашу Землю, інші після проникнення до живого організму викликають хвороби, що при­чиняють велику шкоду людині, тваринам і рослинам. Мікроби вияв­ляються не тільки причиною інфекцій, а й засобом їх лікування. Усі вакцини - біологічні препарати, що використовуються для про­філактики захворювань, які складаються з мікробів або продуктів їх життєдіяльності. Не випадково засновник мікробіології Луї Пастер писав: «Мікроби - нескінченно малі істоти, які відіграють у природі нескінченно велику роль».

3. Класифікація мікроорганізмів

В основу мікробіології покладена класифікація. Донедавна всі живі істоти клітинного складу залежно від взаємозв'язку ядра та органа з цитоплазмою, складу клітинної стінки та інших ознак поді­ляють на дві групи: прокаріоти і евкаріоти. Необхідно перш за все усвідомити різницю між прокаріотами (доядерними організмами, роль ядерного апарату в яких виконує нуклеотид), евкаріотами (мікроорганізмами, в яких чітко виділене ядро з ядерцем).

Для означення мікроорганізмів прийнята бінарна номенклату­ра, яка включає в себе назву роду та виду.

Система класифікації мікроорганізмів: Вид - Рід - Сімейство - Порядок - Клас - Відділ - Царство

Вид - це сукупність популяцій, які мають загальне походження та генотип, а також морфологічні, фізіологічні та інші ознаки, що здатні в окремих умовах викликати однакові процеси.

Культура - мікроорганізми, які одержані від людини, тварини, рослини або субстрата зовнішнього середовища і вирощені на пожив­ному середовищі. Чисті культури складаються з особин одною виду, змішані являють собою накопичення клітин різних видів.

Штам - це культура одного й того ж виду, що виділена з різних середовищ і відрізняється незначними змінами властивостей (неодна­кова біохімічна активність, чутливість до лікарських речовин і т. ін. На­приклад, кишкова паличка, що виділена від великої рогатої худоби і така ж паличка виділена від свиней, можуть бути різними штамами).

Клон - культура мікроорганізмів, що виділена з одної клітини.

Мікроорганізми поділяють на декілька окремих класів:

• бактерії;

• мікроскопічні гриби;

• дріжджі;

• ультрамікроби.

Систематика бактерій - складна проблема. Немає єдиної кла­сифікації, яка вщображала б еволюційний розвиток окремих видів бактерій. Становище багатьох бактерій в системі організмів ще точ­но не встановлено.

4. Морфологічні властивості мікроорганізмів

Мікроби - це одноклітинні безхлорофільні організми прокаріо-тичного типу. За формою розрізнюють колоподібні, паличкоподібні та звивисті мікроби. Це було початком розвитку морфологічного періоду в мікробіології. Свої спостереження голландський вчений Левенгук описав у роботі під назвою «Таємниці природи, відкриті Антоні ван Левенгуком» (1695).

Колоподібні (кокові) мікроби за формою нагадують коло, але бувають овальні, плоскі, односторонні, вігнуті або злегка витягнуті. Колоподібні форми з'являються у разі розділення клітин в одній, двох, трьох взаємоперпендикулярних або різних площинах. При розділенні клітин в одній площині клітини можуть розподілятися попарно, у зв'язку з чим такі форми мають пару диплококів. Якщо розділення має місце в одній площині та клітини сполучені між со­бою у вигляді ланцюгів, - це стрептококи. Розгалужене розподілен­ня клітин або утворення скопищ має місце при розподіленні коків у різних площинах; такі форми мають назву стафілококи.

Паличкоподібні бактерії являють собою окремі палички або пов'язані між собою в лінії або системи. Серед паличкоподібних форм, що утворюють спори, виділяють бацили та клостридії. Баци­ли - аероби. Клостридії - анаероби. Палички, як і коки, розташову­ються попарно або ланцюгами.

Звивисті форми мікробів визначають не тільки за довжиною та діаметром, але й за кількістю завитків. Вібріони нагадують за фор­мою кому. Спірили - звивисті форми, які утворюють до 3-5 завитків. Спірохети - тонкі довгі звивисті форми з кількома завитками (рис. 1).

Рис. 1. Загальні форми мікроорганізмів:

Колоподібні: 1 -стафілококи; 2-диплококи; 3-стрептококи; 4-тетракоки; 5 - сарцини;

Паличкоподібні: 6 - бактерії; 7 - стрептобактерії; 8 - бацили; 9 - третобацили; Звивисті: 10-вібріони; 11 -спірили; 12-спірохети

Мікроби - мікроскопічні організми, їхні розміри визначаються в мікрометрах (мкм). Діаметр колоподібних форм 0,7-1,2 мкм; довжина паличкоподібних 1,6-10 мкм, ширина 0,3-1 мкм. Віруси мають ще менші розміри, їхні розміри визначають у номометрах (1 км = 10-⁹ м). Нитчасті форми мікробів досягають довжини в декілька десятків мікрометрів. Для того щоб уявити роз­міри цих істот, достатньо сказати, що в одній краплі води може місти­тися декілька мільйонів або мільярдів мікробів (табл. 1).

Таблиця 1

Розміри деяких мікробів, мкм

Контрольні питання

1. Що вивчає мікробіологія?

2. З якого словосполучення складається назва науки «мікро­біологія»?

3. Які самостійні дисципліни входять до складу мікробіології?

4. Мікроорганізми як живі істоти.

5. Класифікація мікробів,

6. Основні класи мікроорганізмів.

7. Морфологічні властивості мікробів.

Тема 2. Фізіологія мікроорганізмів

ПЛАН

1. Фізіологічні властивості мікроорганізмів.

2. Хімічний склад мікробної клітини.

3. Обмін речовин у мікробів,

4. Способи біологічного окислення, що використовують мікро­організми.

1. Фізіологічні властивості мікроорганізмів

Процеси, збудниками яких є мікроорганізми, люди знали і ви­користовували з давніх-давен. Вони навчилися виготовляти виног­радне вино, квас, кумис, кисле молоко, сир та інші продукти.

Так, більш ніж 2000 років тому в Індії і Китаї володіли мистецтвом лікування деяких хвороб. У той час щеплення проти віспи робили при­близно так, як в наш час. Як матеріали для щеплення використовува­ли розтерті стінки пустул, в яких містився збудник захворювання.

Фізіологія - наука, яка вивчає обмін речовин, процеси харчу­вання, тип дихання мікроорганізмів, їх зв'язок з навколишнім сере­довищем.

Враховуючи оптимальні умови існування кожного виду мікро­організмів, можна цілеспрямовано регулювати їхню життєдіяльність, тобто створювати справжні умови для їх існування (коли це необхі­дно), і, навпаки, - гальмувати або зовсім припиняти їхній розвиток, продовжуючи тим самим термін зберігання харчових продуктів.

Харчові речовини, які надходять у клітину, використовуються для побудови складових структур (конструктивний обмін) та забез­печення клітини енергією (енергетичний обмін).

Процеси асиміляції й дисиміляції складають обмін речовин у цілому.

Надходження речовин у клітину та виділення продуктів обміну в оточуюче середовище відбуваються у мікроорганізмів через усю поверхню тіла. Завдяки величезній поверхні клітини, порівняно з її об'ємом, мікроорганізму обумовлюється дуже активний обмін речовин. Надходження питомих речовин у клітину - складний та недо­статньо ще вивчений процес. Можливість проникнення речовин із зовні в клітину обумовлена багатьма факторами: здатністю розчи­нятися в компонентах цитоплазматичної мембрани або вступати з ними у хімічну взаємодію, концентрацією речовин у клітині, елект­ричним зарядом клітини та ін.

Найбільш відомі два способи проникнення речовин у клітину: осмос та адсорбція (специфічне перенесення). Активна роль у цих процесах належить цитоплазматичній мембрані.

Осмос являє собою дифузію речовин у розчинах через напівпровідну перепонку (мембрану).

Відомо, що через такі мембрани можуть дифундувати речови­ни, які знаходяться в стані розчину. Виникає осмос під дією різниці осмотичного тиску в розчинах по обидві сторони напівпровідної мембрани. Цитоплазматична мембрана є осмотичним бар'єром, який регулює потрапляння до клітини та вихід з неї розчинених ре­човин. Білки та крохмаль, що не розчинюються водою, утворюють колоїдні розчини, які можуть бути засвоєні клітиною. Вони проника­ють до неї лише після розщеплення на більш прості речовини (вуг­лекислий газ та воду).

Таким чином, при осмотичному проникненні питомих речовин до клітини рушійною силою є різниця осмотичних тисків між сере­довищем та клітиною.

2. Хімічний склад мікробної клітини

Вода складає основну масу мікробної клітини, в капсульних бактеріях її більше, в бацилах - менше. Кількість води у мікробних клітинах в середньому коливається від 75 до 85%. В ущільненні цитоплазми мікробної клітини вода знаходиться у зв'язаному стані, у вегетативній формі організмів - у вільному стані. Зв'язана вода обумовлює більш високий склад кальцію та магнію. У такому сере­довищі білки не коагулюють, що підвищує їх стійкість до високих температур. Зв'язана вода входить до складу молекул білків, вуг­леводів, жирів та інших сполук. Вільна вода є середовищем, в якому відбувається рух іонів та електричних зарядів. За участю води відбу­ваються біохімічні та фізіологічні процеси в клітині. Зменшення її веде до затримки життєдіяльності (анабіоз), збезводнення клітини веде до загибелі вегетативних форм. Отже, вода - один з головних компо­нентів, з яким пов'язана життєдіяльність мікробної клітини.

Сухої речовини в мікробній клітині міститься в середньому 15-25% (органічні сполуки і зольні елементи). Органічні сполуки представлені білками, нуклеїновими кислотами, вуглеводами, ліпідами. До їх складу належать: вуглець (45-55%), кисень (30-40%), азот (8-10%), водень (6-8%), що складають 90-97% сухої речовини.