Основные методы культивирования микроорганизмов

 

Различают два основных способа культивирования микроорганизмов – периодическое и непрерывное.

Периодическим культивированием называют выращивание микробов в замкнутой системе без поступления питательных субстратов и удаления продуктов метаболизма. Периодическая культура переживает разные фазы развития.

1. Лаг-фаза характеризуется отсутствием активного размножения клеток в связи с внутриклеточной перестройкой ферментативного аппарата для усвоения новых субстратов питательной среды.

2. Лог-фаза характеризуется активным размножением клеток, утилизацией питательных веществ и выделением продуктов обмена.

3. Стационарная фаза – фаза сбалансированной гибели и размножения клеток, характерно динамическое равновесие между этими процессами, численность клеток относительно стабильна.

4. Фаза отмирания – гибель клеток микроорганизмов проявляется в их автолизе (саморазрушении) в результате накопления токсичных метаболитов в культуральной жидкости.

Непрерывное культивирование позволяет зафиксировать культуру в какой-то определенной фазе. При этом состав среды и условия роста остаются постоянными. Этого добиваются постоянным прибавлением новой питательной среды в сосуд для выращивания и одновременным удалением такого же количества среды с клетками. В этом случае устанавливается динамическое равновесие. Пребывание бактерий в экспоненциальной стадии роста обеспечивает максимальный выход различных БАВ (витамины, антибиотики и др.).

6. Преимущества работы с микроорганизмами.

Преимущества работы с микроорганизмами:

1. Гаплоидное строение генома, т.е. у бактерий имеется лишь одна хромосома-нуклеоид, что позволяет оценить генетические изменения уже в первом поколении бактериальных клеток.

2. Высокая скорость размножения.

3. Относительно простое строение (особенно у вирусов).

4. Удобство культивирования с возможностью быстрого изменения внешних условий.

5. Способность к комбинативной и мутационной изменчивости.

Исследования генетики микроорганизмов показали, что у них роль носителя генетической информации играет ДНК или РНК (у вирусов). Функциональной единицей наследственности является ген.

Гены подразделяются на:

1. структурные, несущие информацию о конкретных белках, вырабатываемых клеткой,

2. гены-регуляторы, регулирующие работу структурных генов.

В процессе изучения изменчивости микроорганизмов была обнаружена особая форма изменчивости - диссоциация. Этот вид изменчивости выражается в том, что при посеве некоторых культур на плотные питательные среды происходит разделение колоний на два типа: S-форма и R-форма.

Характеристика колонии S-формы: колонии гладкие, блестящие, правильной «выпуклой» формы; при росте в бульоне - равномерная муть; у подвижных бактерий имеются жгутики; у капсульных бактерий имеется капсула; биохимически активны; болезнетворны.

Характеристика колонии R-формы: колонии неправильной формы, мутные, шероховатые; растут в бульоне в виде осадка; у подвижных бактерий жгутики могут отсутствовать; капсулы отсутствуют; биохимические свойства выражены слабо; большинство бактерий менее болезнетворны.

 

Организация генетического аппарата микроорганизмов.

Генетика – этонаука, изучающая наследственность и изменчивость живых организмов.

Наследственность – этоспособность живых организмов сохранять определенные признаки на протяжении многих поколений.

Изменчивость – это свойство живых организмов под влиянием различных факторов приобретать признаки, отличающие их от предыдущих поколений.

Генетический материал бактериальных клеток представлен двойной спиралью ДНК.

Структура бактериальной клетки, способная к самовоспроизведению, получила название « репликон».

Репликоны бактерий представлены бактериальной хромосомой ( нуклеоидом ), плазмидами и эписомами.

Нуклеоид представляет собой замкнутую кольцевиднуюхромосому бактерий, свободно располагающуюся в цитоплазме, и содержит несколько тысяч отдельных генов. В зависимости от стадии жизненного цикла в бактериальной клетке обычно присутствуют одна или несколько копий нуклеоида. Длина бактериальной хромосомы в развернутом состояниисоставляет приблизительно 1 мм.

Плазмиды – этонебольшие молекулы ДНК, физически отдельные от геномных хромосом и способные реплицироваться автономно. Как правило, плазмиды встречаются у бактерий и представляют собой двухцепочечные кольцевые молекулы, но изредка плазмиды встречаются также у архей и эукариот.

Эписомы — генетические элементы бактерий, способные существовать как в интегрированном с бактериальными хромосомами состоянии, так и в виде автономных плазмид.

Генотип микроорганизма – это полная совокупность генов данной особи.

Фенотип микроорганизма – набор его свойств и признаков (морфологических, культуральных, биохимических, антигенных и т.д.)

Оперон является функциональной генетической единицей, ответственной за экспрессию одного или группы генов.

Экспрессия генов — это процесс, в ходе которого наследственная информация от гена (последовательности нуклеотидов ДНК) преобразуется в функциональный продукт — РНК или белок.

Механизмы, вызывающие изменение генетической информации

Изменения, возникающие в бактериальных клетках могут быть ненаследуемые - фенотипическая изменчивость и наследуемые - генотипическая изменчивость.

Фенотипическая изменчивость (модификация)

Модификация - это способ приспособления микроорганизмов к условиям внешней среды, обеспечивающий им возможность расти и размножаться в измененных условиях.

Модификация микроорганизмов возникает как ответ клетки на неблагоприятные условия ее существования. Это адаптивная реакция на внешние раздражители. Модификация не сопровождается изменением генотипа, в связи, с чем возникшие в клетке изменения по наследству не передаются. При восстановлении оптимальных условий возникшие изменения утрачиваются.

Модификация может касаться разных свойств микроорганизмов - морфологических, культуральных, биохимических.

Морфологическая модификация выражается в изменениях формы и величины бактерий. Например, при добавлении пенициллина к питательной среде клетки некоторых бактерий удлиняются.

Культуральная модификация состоит в изменении культуральных свойств бактерий при изменении состава питательной среды. Например, при недостатке кислорода у стафилококка утрачивается способность образовывать пигмент.

Биохимическая (ферментативная) модификация. Каждый вид бактерий имеет определенный набор ферментов, благодаря которым они усваивают питательные вещества. Эти ферменты вырабатываются на определенных питательных субстратах и предопределены генотипом.

Генотипическая (наследуемая) изменчивость

Генотипическая изменчивость может возникать в результате мутаций и генетических рекомбинаций.

Мутации

Мутации – это передаваемые по наследству структурные изменения генов.

Крупные мутации (геномные перестройки) сопровождаются выпадением или изменением относительно крупных участков генома и такие мутации, как правило, необратимы.

Мелкие (точковые) мутации связаны с выпадением или добавлением отдельных оснований ДНК. При этом изменяется лишь небольшое число признаков. Такие измененные бактерии могут полностью возвращаться в исходное состояние.

Бактерии с измененными признаками называются мутантами. Факторы, вызывающие образование мутантов, носят название мутагенов.

Бактериальные мутации делят на спонтанные и индуцированные.

Спонтанные (самопроизвольные) мутации возникают под влиянием неконтролируемых факторов, т. е. без вмешательства экспериментатора.

Индуцированные (направленные) мутации появляются в результате обработки микроорганизмов специальными мутагенами (химическими веществами, излучением, t и др.).

В результате бактериальных мутаций могут отмечаться: изменение морфологических и культуральных свойств; возникновение у микроорганизмов устойчивости к лекарственным препаратам; ослабление болезнетворных свойств и т. д.

Если мутация приводит к тому, что мутагенные клетки обретают по сравнению с остальными клетками популяций преимущества, то формируется популяция из мутантных клеток и все приобретенные свойства передаются по наследству. Если же мутация не дает клетке преимуществ, то мутантные клетки, как правило, погибают.

Генетические рекомбинации

Трансдукция - это перенос генетической информации (ДНК) от бактерии донора к бактерии реципиенту при участии бактериофага. Различают три типа трансдукции: общую, специфическую и абортивную.

1. Общая трансдукция - это передача различных генов, локализованных на разных участках бактериальной хромосомы. При этом бактерии доноры могут передать реципиенту разнообразные признаки и свойства - способность образовывать новые ферменты, устойчивость к лекарственным препаратам и т. д.

2. Специфическая трансдукция - это передача фагом только некоторых специфических генов, локализованных на специальных участках бактериальной хромосомы. В этом случае передаются только определенные признаки и свойства.

3. Абортивная трансдукция - перенос фагом какого-то одного фрагмента хромосомы донора. Обычно этот фрагмент не включается в хромосому клетки реципиента, а циркулирует в цитоплазме. При делении клетки реципиента этот фрагмент передается только одной из двух дочерних клеток, а второй клетке достается неизмененная хромосома реципиента.

Конъюгация - это передача генетического материала от одной бактерии к другой при непосредственном контакте клеток. Клетки, передающие генетический материал, называются донорами, воспринимающие его - реципиентами. Этот процесс носит односторонний характер - от клетки донора к клетке реципиента.

 

⇐ Предыдущая123456789Следующая ⇒

Поделиться: