Микробиология

Путь исканий Р. Коха был трудным. На этом пути были гениальные открытия и трагические ошибки, но вся его жизнь была напряженнейшим трудом. На 67-м году жизни сердце его сдало, инфаркт оборвал жизнь великого труженика медицинской науки.

Среди ученых, создавших основы современной медицинской науки, Роберту Коху принадлежит одно из наиболее почетных мест.

 

«… сохраните навсегда энтузиазм к работе, но присоедините ещё к нему, как нераздельного спутника, строжайший контроль.

Не высказывайте ничего, что не могло бы

быть проверено простыми и точными опытами.

Преклоняйтесь перед духом критики.

Сам по себе он не рождает новых идей,

не побуждает к новым делам, но без него

всё шатко, за ним всегда последнее слово»

Л. Пастер.

 

 

Для выделения чистой культуры С. Н. Виноградский предложил твердую синтетическую среду. Путем смешивания жидкого стекла и соляной кислоты получаются пластинки прозрачного кремнекислого студня. Кремнекислые пластинки пропитываются соответствующей жидкой питательной средой.

Виноградский считает, что природные почвенные микробы отличаются от культурных форм, которые он называл тепличными, одомашненными организмами. Поэтому он рекомендует изучать самопроизвольные спонтанные культуры, полученные на пластинках кремнекислого геля путем непосредственного посева на них мелких комочков естественной почвы. Гель очень легко пропитывается всевозможными растворимыми питательными веществами, которые так же легко используются организмами, как и из жидкой среды. Этот метод культивирования применяется для выделения видов со специфическими функциями, но может применяться и к обычным бактериям. Так, азотобактер выделяется на кремневом геле, пропитанном слабым раствором бензоата натрия или лактата кальция и минеральными солями. Если засевать чашки мельчайшими комочками почвы, разложенными на геле в определенном порядке, то можно не только определить рост специфических культур в почве, но и одновременно судить о числе соответствующих форм микробов.

С. Н. Виноградский также разработал микроскопический метод определения числа бактерий в почве при помощи непосредственного их подсчета. Для этого готовят микроскопические препараты из определенного по весу или объему количества почвенной суспензии. Мазки окрашивают карболовым эритрозином. При отмывании мазка водой коллоиды почвы обесцвечиваются, а бактерии остаются окрашенными в красный цвет, и делается их подсчет. Этот метод показал, что число бактерий в грамме почвы исчисляется не сотнями тысяч, а сотнями миллионов

Виноградский своими работами заложил прочные основы микробиологии почвы. Он по праву считается основателем почвенной микробиологии.

Огромный вклад в развитие микробиологии и иммунологии внесли И. И. Мечников и его ученики. Знаменитый русский ученый, преследуемый за свои убеждения царизмом, с 28 лет жил и работал в Париже в Институте Пастера. Под его непосредственным руководством работали в Париже многие русские врачи. Своими выдающимися трудами и работами своих учеников, как писал Ру, И. И. Мечников принес славу Институту Пастера. И. И. Мечников является создателем фагоцитарной теории иммунитета. Он показал, что одним из важнейших механизмов, помогающим человеку бороться с проникшими в его организм болезнетворными микробами, является клеточная защита. И. И. Мечников установил, что белые кровяные тельца — лейкоциты — захватывают и пожирают микробов, проникших в ткани человеческого  
организма. На месте проникновения микробов развивается воспалительная реакция, а гной — это погибшие лейкоциты. Клетки, пожирающие микробов, И. И. Мечников назвал фагоцитами (от греч. Phagos — пожирающий, kytos — клетка). Разработке и доказательству фагоцитарной теории иммунитета он посвятил 25 лет жизни .и был удостоен первой Нобелевской премии. 
Много внимания И. И. Мечников уделял проблеме старения организма. Он полагал, что гнилостные микробы, живущие в толстом кишечнике человека, отравляют организм ядовит¬ми продуктами своей жизнедеятельности. Поэтому он предлагал использовать для борьбы со старостью антагонистические взаимоотношения микробов. Заменив гнилостную микрофлору кишечника на молочнокислую, которая находится в простокваше, можно, как считал И. И. Мечников, избежать поступления в организм ядовитых продуктов. Несмотря на то что проблема старения организма оказалась намного сложнее, чем полагал ученый, идея использовать один вид микроба в борьбе против другого (антагонизм) принесла существенные плоды. Она получила блестящее воплощение в применении антибиотиков для лечения инфекционных болезней. Антагонизм микробов используется в настоящее время при изготовлении биопрепаратов из различных микробов (колибактерин, бифидумбактерин, бификол и др.) для лечения кишечных заболеваний. 
Учениками и сотрудниками И. И. Мечникова были Л. А. Тарасевич, А. М. Безредка и П. В. Циклинская. 
JI. А. Тарасевич (1868—1927) — один из крупнейших организаторов борьбы с эпидемиями заразных болезней в России. Ближайший ученик и продолжатель традиций своего учителя, Л. А. Тарасевич много работал над проблемой иммунологии и фагоцитоза, изучал заболевания туберкулезом среди калмыков, внедрял в практику вакцинацию против туберкулеза и кишечных инфекций. 
Л. А. Тарасевич был прекрасным организатором, объединившим отечественных микробиологов и эпидемиологов путем организации научных обществ и съездов. Его имя носит крупнейший в СССР Институт по контролю биологических препаратов, основателем которого он был. 
А. М. Безредка (1870— 1940) работал в лаборатории И. И. Мечникова в Париже после вынужденной эмиграции из России. Его работы в области иммунитета, анафилаксии имеют большое значение. Созданное им учение о местном иммунитете блестяще подтверждается современной наукой, а метод Безредки — постепенное введение лечебных сывороток для предупреждения нежелательных реакций (анафилактический шок)—широко используется и в настоящее время.

 

 

 

 

14)

 

 

Морфология дрожжей (размножение, особенности строения и др.)

Морфологически дрожжи разнообразны. Они отличаются друг от друга размерами и формой клеток. Размеры клеток дрожжей в зависимости от вида варьируют в следующих пределах; от 2,5 до 10 микрометров в поперечнике и от 4 до 20 мкм в длину. Морфологическое разнообразие форм дрожжей изображено на рисунке.

Клетки дрожжей имеют удлиненную, овальную, колбасовидную, эллипсовидную, яйцеобразную или шаровидную форму. Форма и размеры дрожжевых клеток зависят от вида, возраста, питательной среды, способа культивирования. В процессе развития дрожжевой клетки форма ее может изменяться.

Размножение дрожжей- в зависимости от вида дрожжи вегетативно могут размножаться почкованием (так размножаются дрожжи овальной формы),бинарным делением (характерно для дрожжей цилиндрической или палочковидной формы) или почкующимся делением. Кроме вегетативного размножения, дрожжи - аскомицеты могут размножаться половым путем с образованием аскоспор.

Почкование заключается в том, что на материнской клетке образуется бугорок (почка), который постепенно увеличивается в размерах, растет. Между почкой и производящей ее клеткой появляется перетяжка. Канал, соединяющий материнскую и вновь формирующуюся клетку, постепенно суживается и, наконец, дочерняя клетка полностью отделяется от материнской. При почковании часть ядра, протоплазмы и других клеточных элементов материнской клетки переходит в дочернюю. В благоприятных условиях процесс почкования длится около двух часов.

Нередко молодые клетки не отшнуровываются от материнской, а остаются вместе с ней. При этом происходит почкование и молодых клеток. В результате образуется целое скопление соединенных между собой клеток, напоминающее мицелий плесневых грибов. Этот мицелий называется ложным, он легко разрушается.

Многие дрожжи способны размножаться и путем спорообразования. Споры образуются внутри дрожжевой клетки, количество их колеблется от двух до двенадцати. Спорообразование происходит бесполым или половым путем. При бесполом образовании спор ядро клетки дробится, каждая частица его окружается веществом протоплазмы и покрывается оболочкой, превращаясь, таким образом, в спору.

Образование спор при половом размножении происходит в результате слияния двух клеток.

Споры имеют чаще всего круглую или овальную форму. Они более устойчивы к внешним воздействиям, чем вегетативные клетки, и появление их связано с ухудшением условий обитания.

Дрожжи, способные размножаться почкованием и спорообразованием, называются истинными. Некоторые дрожжи не способны к спорообразованию и размножаются только путем почкования. Такие дрожжи называются ложными.

Строение клетки дрожжей типичное для эукариот, т.е. сходно со строением клетки грибов. Они обладают всеми основными структурами, характерными для эукариотного типа клетки (ядро, отграниченное от протоплазмы, эндоплазматическая сеть, аппарат Гольджи, лизосомы, митохондрии, рибосомы, вакуоли). В качестве запасных питательных веществ в клетках обнаруживаются капельки жира, гранулы гликогена, волютина.

Классифицируют дрожжи в зависимости от способа их вегетативного размножения (почкование, деление), способности к спорообразованию и некоторых физиологических признаков.

Систематика дрожжей

Дрожжи подразделяются на семейства, роды и расы.

Расы - это разновидности видов, которые отличаются друг от друга отношением к температуре, устойчивостью к спирту, скоростью размножения, активностью образования углекислоты и т.д.

Из дрожжей, относящихся к классу аскомицетов, большое значение имеют дрожжи-сахаромицеты рода Saccharomyces, которые широко используются в пищевой промышленности. Главным биохимическим признаком этих дрожжей является то, что они сбраживают сахара с образованием этилового спирта и диоксида углерода. Дрожжи, используемые в промышленности, называются культурными дрожжами. Например, в хлебопекарном производстве и в производстве спирта используются верховые дрожжи рода Saccharomyces cerevisiae (сахаромицес церевизи), в производстве ржаного хлеба и кваса нашли применение дрожжи вида Saccharomyces minor (сахаромицес минор). В пивоварении используются низовые дрожжи Saccharomyces carlsbergensis (сахаромицес карлсбергенсис).

Дрожжи-сахаромицеты имеют овальную форму, вегетативно размножаются почкованием, в неблагоприятных условиях размножаются половым путем аскоспорами. Используется также в производстве различных вин, пива, кваса, молочнокислых продуктов (кефира, кумыса) и др.

Дрожжи отличаются высоким содержанием белков и витаминов (В, D, Е), поэтому применяются для пищевых и кормовых целей как источники этих веществ.

Некоторые спорогенные дрожжи являются дикими дрожжами. Эти дрожжи так же, как и культурные, способны осуществлять спиртовое брожение, но помимо спирта образуют много побочных продуктов (таких как альдегиды, высшие спирты, эфиры и др.) и поэтому ухудшают органолептические показатели продукта. Эти дрожжи - вредители производства различных напитков (пива, вина, безалкогольных напитков), а также возбудителями порчи многих пищевых продуктов.

Дрожжи, размножающиеся только вегетативным путем, но не способные к спорообразованию, отнесены к классу несовершенных грибов (несахаромицеты, ложные дрожжи).

Дрожжи - дейтеромицеты (не сбраживающие сахара или сбраживающие их слабо), могут размножаться только вегетативным способом.

Некоторые из этих дрожжей (например, дрожжи рода Candida) используются в промышленности для получения кормового белка, органических кислот, витаминов и других продуктов микробного синтеза.

Дрожжи вида Torulopsis kefir (торулопсис кефир) входят в состав симбиотической закваски - кефирного грибка и применяется для приготовления молочнокислых продуктов, содержащих спирт (кефира и кумыса).

Другие представители несовершенных (аспорогенных) дрожжей являются дикими дрожжами и вызывают порчу многих пищевых продуктов.

К дрожжам - вредителям производства относятся дрожжи родов Pichia, Hansenula, Candida, Rhodotorula, Torula, Torulopsis, Mycoderma, Trichosporon и др. (вызывают прокисание пива, сухих вин, образуют пленки на квашеных овощах, плодах, наносят вред в производстве уксуса и пекарских дрожжей).

Есть патогенные формы - Candida albicans (кандида альбика) - вызывает стоматит, некоторые виды (торула утилис - для получения пищевых и кормовых дрожжей) используются как кормовые дрожжи, которые из отходов сахарной, целлюлозно-бумажной промышленности образуют белки, используемые в производстве комбикормов.

Использование дрожжей в промышленности

 

Дрожжи были первыми микроорганизмами, которые человек стал использовать для удовлетворения своих потребностей. Основное свойство дрожжей, которое всегда было привлекательным для человека - это способность к образованию довольно больших количеств спирта из сахара. Первое упоминание о получении спиртных напитков в Египте, так называемой «бузы», представляющей собой разновидность пива, относится к 6000 г. до н. э. Этот напиток получали в результате сбраживания пасты, полученной при раздавливании и растирании проросшего ячменя. Приготовление бузы можно считать рождением современного пивоварения. Из Египта технология пивоварения была завезена в Грецию, а оттуда в Древний Рим. В этих же странах активно развивалось виноделие. Крепкие спиртные напитки, полученные перегонкой бражки, по-видимому, были впервые получены в Китае около 1000 г. до н. э. В Европе процесс производства спирта был завезен значительно позже. Известно, что получение виски было налажено в Ирландии в XII в. Сейчас промышленное производство спиртных напитков существует в большинстве стран мира и представляет собой крупную отрасль промышленности. Другая группа процессов, в которых издавна используются дрожжи, также связана с их способностью к спиртовому брожению: образование углекислого газа под действием дрожжей - важнейший этап в приготовлении хлеба, приводящий к заквашиванию теста. Этот процесс также очень древний. Уже к 1200 г. до н. э. в Египте была хорошо известна разница между хлебом из кислого и пресного теста, а также польза от применения вчерашнего теста для заквашивания свежего.

Традиционные процессы

Виноделие, пивоварение и хлебопечение существуют уже несколько тысячелетий. Естественно, что за это время были отселекционированы сотни видов заквасок, которые используются для приготовления самых различных сортов вина и пива. Однако лишь в начале XIX в. были высказаны предположения, что за спиртовое брожение, вызываемое этими заквасками, ответственны присутствующие в них дрожжи, увиденные впервые в 1680 г. Антони ван Левенгуком. Окончательным доказательством роли дрожжей в сбраживании сахаров считается работа Пастера, опубликованная им в 1866 г. К концу ХIХ в. стало известно, что сахаромицеты, выделенные из различных заквасок и различных сортов вина и пива, различаются по физиологическим свойствам, например, по способности к сбраживанию различных сахаров. В дальнейшем на основании таких физиологических различий в роде Saccharomyces было описано несколько десятков видов. Однако в последние годы методами молекулярной и генетической таксономии было показано, что большинство этих «видов» на самом деле представляют собой различные физиологические расы нескольких близких биологических видов, главным образом Saccharomyces cerevisiae. Это такие «виды», как, например, Saccharomyces vini, Saccharomyces ellipsoides, Saccharomyces oviformis, Saccharomyces cheresiensis, Saccharomyces chevalieri и десятки других, которые сейчас переведены в разряд синонимов Saccharomyces cerevisiae. Большинство этих «видов» - это отселекционированные веками расы - такой же продукт человеческой деятельности, как сорта культурных растений. В природе их найти иногда просто невозможно. Однако, недавно Г.И.Наумов обнаружил, что дикие популяции Saccharomyces cerevisiae распространены на Дальнем Востоке в сокотечениях дуба. Он предположил, что Дальний Восток - центр видообразования этих дрожжей. Кроме Saccharomyces cerevisiae в природных местообитаниях обнаружены еще несколько очень близких видов-двойников: Saccharomyces bayanus, Saccharomyces paradoxus и Saccharomyces cariocanus, Saccharomyces kudriavzevii, Saccharomyces mikatae, а также их межвидовые гибриды. Дрожжи используются также при изготовлении множества других традиционных пищевых продуктов. Например, специальные расы дрожжей входят в состав заквасок, использующихся для приготовления кефира. Дрожжи применяются в сыроварении при получении некоторых сортов сыра. В Восточной Азии широко распространены многочисленные закваски для получения разнообразных традиционных соусов, в состав которых входят специфические виды дрожжей, не встречающиеся в других местообитаниях. В быту большую популярность получил «чайный гриб» - специфическая бактериально-дрожжевая ассоциация, с помощью которой получают легкий, освежающий напиток. Двадцатый век с его безудержным развитием промышленности резко расширил и области применения дрожжей. Они стали выращиваться в больших масштабах в качестве источника белка и витаминов для сельскохозяйственных животных. Дрожжи - основной источник технического этанола. С помощью дрожжей сейчас получают большой спектр соединений, использующихся в разных областях человеческой деятельности. К ним относятся витамины, различные полисахариды, липиды, которые могут служить заменителями растительных масел, разнообразные ферменты, используемые в пищевой промышленности. Развитие генетической инженерии позволило использовать легко культивируемые дрожжи для получения многих полезных веществ животной и растительной природы, например инсулина.