Микробиология ,санитария и гигиена в пищевом производстве

Риккетсии — микроорганизмы, занимающие промежуточное положение между бактериями и вирусами. Они представляют собой неподвижные палочки длиной не более 1,0 мкм, не образующие спор и капсул. Как и вирусы, они являются внутриклеточными паразитами.

Грибы

Грибы являются особыми растительными организмами, которые не имеют хлорофилла и не синтезируют органические вещества, а нуждаются в готовых органических веществах. Поэтому грибы развиваются на различных субстратах, содержащих питательные вещества. Некоторые грибы способны вызывать болезни растений (рак и фитофтора картофеля и др.), насекомых, животных и человека.

Клетки грибов отличаются от бактериальных наличием ядер и вакуолей и похожи на растительные клетки. Чаще всего они имеют форму  длинных и ветвящихся или переплетающихся  нитей - гифов. Из гифов образуется мицелий, или грибница. Мицелий может состоять из клеток с одним или несколькими ядрами или быть неклеточным, представляя собой одну гигантскую многоядерную клетку. На мицелии развиваются плодовые тела. Тело некоторых грибов может состоять из одиночных клеток, без образования мицелия (дрожжи и др.).

Грибы могут  размножаться разными путями, в том  числе вегетативным путем в результате деления гиф. Большинство грибов размножаются бесполым и половым  путями при помощи образования специальных  клеток размножения - спор. Споры, как правило, способны длительно сохраняться во внешней среде. Созревшие споры могут переноситься на значительные расстояния. Попадая в питательную среду, споры быстро развиваются в гифы.

Обширную группу грибов представляют плесневые грибы (рис. 2). Широко распространенные в природе, они могут расти на пищевых  продуктах, образуя хорошо видные налеты разной окраски. Причиной порчи продуктов  часто являются мукоровые грибы, образующие пушистую белую или серую массу. Мукоровый гриб ризопус вызывает «мягкую гниль» овощей и ягод, а гриб ботритис покрывает налетом и размягчает яблоки, груши и ягоды. Возбудителями плесневения продуктов могут быть грибы из рода пениииллиум.

Отдельные виды грибов способны не только приводить  к порче продуктов, но и вырабатывать токсические для человека вещества — микотоксины. К ним относятся некоторые виды грибов рода аспергиллус, рода фузариум и др.

Полезные свойства отдельных видов грибов используют в пищевой и фармацевтической промышленности и других производствах. Например, грибы рода пениииллиум применяются для получения антибиотика пенициллина и в производстве сыров (рокфора и камамбера), грибы рода аспергиллус — в производстве лимонной кислоты и многих ферментных препаратов.

Актиномицеты — микроорганизмы, имеющие признаки и бактерий, и грибов. По строению и биохимическим свойствам актиномицеты аналогичны бактериям, а по характеру размножения, способности образовывать гифы и мицелий похожи на грибы.

Рис. 2. Виды плесневых  грибов: 1 — пениииллиум; 2- аспергиллус; 3 — мукор.

Дрожжи

Дрожжи — одноклеточные неподвижные микроорганизмы размером не более 10-15 мкм. Форма клетки дрожжей бывает чаще круглой или овальной, реже палочковидной, серповидной или похожей на лимон. Клетки дрожжей своим строением похожи на грибы, они также имеют ядро и вакуоли. Размножение дрожжей происходит почкованием, делением или спорами.

Дрожжи широко распространены в природе, их можно  обнаружить в почве и на растениях, на пищевых продуктах и различных  отходах производства, содержащих сахара. Развитие дрожжей в пищевых продуктах  может приводить к их порче, вызывая  брожение или закисание. Некоторые  виды дрожжей обладают способностью превращать сахар в этиловый спирт  и углекислый газ. Этот процесс называется спиртовым брожением и широко используется в пищевой промышленности и виноделии.

Некоторые виды дрожжей кандида вызывают заболевание человека — кандидоз.

Наследственность  и изменчивость микроорганизмов

Генетика микробов

Изменчивость  и наследственность микроорганизмов  является частью общебиологической  проблемы изменчивости и наследственности. Наследственность и изменчивость в  сущности две стороны одного явления. В природе постоянно наблюдается процесс передачи наследственных свойств организма из поколения в поколение и в то же время идет процесс изменчивости. Наследственность и изменчивость - это два противоречивых и вместе с тем неразрывно связанных между собой процесса. Они основа развития живого мира. По сравнению с другими организмами изменчивость микробов наблюдается чаще и осуществляется легче и быстрее, это объясняется большой быстротой их размножения и пластичностью.

Изменяться  могут самые разнообразные свойства микробов - морфологические, ферментативные, антигенные, патогенные и др. Различают ненаследственную и наследственную изменчивость. Ненаследственная изменчивость (модификация) очень часто наблюдается под воздействием различных факторов внешней среды. Она заключается в количественном изменении некоторых свойств микроба, т. е. в ослаблении и утрате или усилении этих свойств. Когда воздействие факторов, вызвавших эти изменения, прекращается, то возникшие измененные признаки также утрачиваются. Наследственная изменчивость необратима, она развивается вследствие перестройки наследственного аппарата микроорганизма в результате непосредственного внешнего или внутреннего воздействия на него или внедрения чужеродного генетического материала (трансформация, конъюгация, рекомбинация и др.).

В микробиологии  основоположником учения об изменчивости является Луи Пастер. Он искусственным  путем получил необратимое ослабление вирулентности возбудителей сибирской  язвы (1881) и бешенства (1885), а также  получил способ приготовления живых  вакцин для борьбы с этими заболеваниями. Это открытие Пастера имело поворотное значение для борьбы с инфекционными  заболеваниями человека и животных. Применение живых вакцин привело  к ликвидации многих эпидемий, сведя  их до единичных заболеваний. Противосибиреязвенная вакцина получена Пастером путем длительного (12-24 дня) выращивания при повышенной температуре (42°) вирулентной культуры сибиреязвенной палочки.

Путем такой  направленной изменчивости микробов в  настоящее время получено 20 живых  вакцин, из них 14 против вирусных и 6 против бактериальных инфекций. Все время  идут работы по созданию новых вакцин и улучшению некоторых из существующих.

Благодаря простоте своего строения вирусы обладают большой  способностью к изменчивости. Вирусы растений способны приспособляться  к условиям жизни в организмах филогенетически очень отдаленных видов. Так, к вирусу табачной мозаики  восприимчивы 236 видов растений 33 различных  семейств. Из животных вирусов наибольшей изменчивостью обладает вирус гриппа. Вирусы гриппа, выделенные во время  отдельных эпидемий в различных  странах, отличаются от основных типов  А и В по антигенному строению, морфологическим признакам, способности к адаптации и пр. В 1947-1952 гг. в Китае появилась новая разновидность - тип А₂, которая вызвала эпидемию гриппа во всем мире. Об изменчивости вирусов говорит тот факт, что наибольшее количество живых вакцин получено из вирусов.

Изменчивость  грибов имеет большое практическое значение, так как многие из них  широко используются в различных  производствах. Были получены расы дрожжей, хорошо развивающиеся при пониженных или повышенных температурах, требуемых  в тех или иных производствах. Для интенсификации бродильных процессов  получены расы дрожжей, способные использовать углеводы в больших концентрациях, а также приспосабливаться к  высокому осмотическому давлению, к  продуктам собственной жизнедеятельности, к различным физическим и химическим факторам. Применение этих рас дает большую продукцию. Ярким примером этого является производство антибиотиков.

За последние  годы в изучении наследственности микроорганизмов  наблюдаются большие достижения, имеющие значение не только для микробиологии, но и для общей генетики, биохимии и других наук. Проведенные генетические исследования приближают нас к реальной возможности влияния на процессы наследственности и изменчивости микробов.

Исходными для  понимания явлений наследственности служат данные о химическом составе  хромосом. Хромосомы высших организмов являются нуклеопротеидами, генетическим материалом в которых служит ДНК. У бактерий и фагов хромосомами  является непосредственно ДНК, на нити которой в линейном порядке на определенных местах расположены определенные наследственные признаки. Количество хромосом в клетках различных  организмов постоянно: у человека 46 хромосом, у кукурузы 10 и т. д. У  бактерий весь генетический материал представляет одну хромосому. Это было найдено при помощи генетического  метода.

Наследственность  неразрывно связана с размножением, а размножение - с делением клеток, при котором происходит саморепродукция хромосом и ДНК. Соматические клетки имеют диплоидный, двойной набор хромосом. Дочерние клетки имеют такое же число хромосом, как и материнская (митоз). В половых клетках содержится вдвое меньше хромосом, так как при образовании половых клеток (мейоз) происходит особое редукционное деление с уменьшением нормального числа хромосом наполовину, например в половых клетках человека 23 хромосомы. Такой набор хромосом называется гаплоидным.

Из микроорганизмов  только некоторые грибы и водоросли  имеют типичный половой процесс  с диплоидным и гаплоидным набором  хромосом. Бактерии и фаги генетически  ведут себя как организмы с  одной гаплоидной хромосомой.

Характерно, что  обычные морфологические методы смогли дать только общее описание ядерного вещества, применение же генетического  метода исследования раскрыло тонкую структуру бактериальной хромосомы, хотя понятие хромосомы у бактерий носит несколько условный характер. Ген в настоящее время не является чисто умозрительной категорией, понятие гена получило вполне материальное содержание. Ген представляет собой  участок (локус) хромосомы, слагающийся  из цепи нуклеотидов молекулы ДНК, обладающий специфической функцией. Хромосома - это цепь линейно расположенных  генов. Участок молекулы ДНК, составляющий ген, включает от 500 до нескольких тысяч  нуклеотидов. Термину "ген" равнозначны: наследственный фактор, генетическая единица, детерминанта и др. Совокупность всех наследственных факторов (генов) в хромосомах организма называется генотипом. Фенотипом является внешний  вид организма со всеми внешними и внутренними признаками. Фенотип  бактерии есть результат взаимодействия ее генотипа и среды.

Появление в  каком-либо организме новых наследственно  передаваемых свойств может быть вызвано разными типами изменений  в генетическом аппарате. Источником наследственной изменчивости могут  быть мутации генов, т. е. изменения  в их химическом строении, и структурные  мутации хромосом. При этом могут  происходить в двойной спирали  ДНК следующие изменения: 1) замещение  пары оснований, имевшихся в исходной молекуле ДНК, другой парой; 2) выпадение  пары оснований из молекулы ДНК (деления); 3) внедрение новой пары оснований в молекулу ДНК; 4) инверсия - поворот нескольких пар оснований на 180°. Таким образом, в основе мутаций лежат молекулярные изменения в хромосоме.

Мутации у бактерий выявляются при наследственных изменениях любого признака микроба. Наиболее легко  выявляются и количественно точно  учитываются такие признаки: ауксотрофность к аминокислотам, пуринам и пиримидинам, витаминам; чувствительность или устойчивость к антибиотикам или фагам; лизогенность; ферментация углеводов и др. Предложены определенные обозначения мутантов. Так, ауксотрофность аминокислот обозначают начальными буквами или слогами их, например: гистидина - his, триптофана - try и т. д., двойные, тройные ауксотрофы обозначаются his try. Способность ферментировать углеводы, например лактозу - 1ас⁺, неспособность ферментировать - 1ас^-. Чувствительность к стрептомицину - Str-s, резистентность - Str-r, зависимость - Str-d и т. д. Под влиянием мутагенных факторов были получены ауксотрофные мутанты, которые потеряли способность к синтезу важных для микроорганизмов веществ. Так, одни мутанты потеряли способность синтеза тех или иных аминокислот, другие мутанты - синтеза витаминов и т. д. Эти ауксотрофы (минус-варианты) могут расти только на средах, содержащих вещества, синтезировать которые они уже не могут. У них нарушена активность соответствующих ферментов. С помощью таких ауксотрофов удалось проследить нормальный биосинтез многих аминокислот, витаминов, углеводов, азотистых оснований.

Мутации у микробов так же, как и у высших организмов, делятся на спонтанные и индуцированные. Спонтанные мутации возникают при  воздействии факторов, являющихся нормальными  условиями среды. Индуцированные мутации  возникают в результате обработки  микробов мутагенными агентами. К  последним относятся различные  виды радиации (ультрафиолетовые, рентгеновские  лучи, быстрые нейтроны, протоны  и др.), действие температуры и  пр. Спонтанные мутации наблюдаются  очень редко. Частота их колеблется от 10¹⁰ до 10⁴, т. е. одна мутантная клетка на 10 тыс. млрд. клеток. Мутагены увеличивают частоту мутаций в 10-100 тысяч раз.

Представление о строении генетического аппарата бактерийной клетки основано на изучении у них механизмов генетического  обмена. У бактерий нет такого полового процесса, какой имеется у высших организмов. У бактерий обычно происходит только односторонняя передача части  наследственного материала (фрагмента  ДНК) от одной бактерийной клетки - донора к другой - реципиенту. При  этом в клетке реципиента происходит взаимодействие между генетическим материалом донора и реципиента, которое  приводит к образованию дочерних рекомбинантных клеток. Последние клетки сохраняют некоторые признаки реципиента и приобретают новые признаки, полученные от клетки донора. Механизмами такой рекомбинации, перегруппировки признаков в потомстве, т. е. изменчивости, являются трансформация, трансдукция и конъюгация.