Генетика микроорганизмов: изменчивость морфологии и ее формы

1. Генетика микроорганизмов: изменчивость морфологии и ее формы.

Генетика микроорганизмов – наука о законах наследственности и изменчивости, которая обладает присущими особенностями, отвечающими строению и их биологии. Больше всего исследована генетика бактерий. Бактерии характеризуются малыми размерами и большой скоростью размножения. Эти особенности позволяют отследить генетические изменения за незначительный отрезок времени на максимальном числе популяций. Клетка бактерии обладает одинарным набором генов, то есть отсутствуют аллели. Хромосома у бактерий представляет собой полинуклеотид (две связанные полинуклеотидные цепочки, которые образуют ДНК).

Длина хромосомы составляет 1000 мкм, а молярная масса примерно 1,5.2-10'Д. Она суперспирализована и сомкнута в кольцо, включает 3000 – 5000 генов. В цитоплазме бактерий подобно хромосоме расположены ковалентно замкнутые кольца ДНК, которые называются плазмидами ( или внехромосомные факторы наследственности). Плазмиды обладают значительно меньшей массой, чем хромосомы. Хромосома и плазмида обладают способностью к независимому самокопированию, репликации, поэтому получили название репликоны. Свойства микроорганизмов, как у других организмов, обусловливаются их генотипом, то есть набором генов данной особи. Термин геном касательно микроорганизмов является практически синонимом понятия генотип.

Фенотип – следствие взаимодействия генотипа с окружающей средой, то есть проявление генотипа в определенных условиях обитания. Фенотип микроорганизмов  зависит не только от окружающей среды, он так же контролируется генотипом. Характер и степень допустимых для  данной клетки фенотипических изменений  обусловливаются набором генов, представленный конкретным участком молекулы ДНК. 
Основу генетической изменчивости составляет реакция генотипа на обстоятельства окружающей среды или видоизменение самого генотипа как результат мутации генов или их рекомбинации. Вследствие этого фенотипическую изменчивость можно разделить на ненаследственную и наследственную.

Ненаследственная или средовая, модификационная изменчивость определяется влиянием внутренних и внешних клеточных факторов на проявление генотипа. Если убрать причины, вызывающие модификацию, возникшие изменения исчезают. Наследственная или генотипическая изменчивость связанна с мутациями и называется мутационная изменчивость. Так в основе мутации лежит изменение порядка нуклеотидов в ДНК, полная или частичная их утрата, так как идет структурная перестройка генов, которая проявляется фенотипически как измененный признак. Наследственная изменчивость связана с рекомбинациями и называется рекомбинационной изменчивостью.

Морфология микробов - внешняя форма  и внутреннее строение - довольно простая. Величина их измеряется в микронах, обозначаемых греческой буквой μ  или русскими мк. Микрон составляет одну тысячную долю миллиметра. Величина же вирусов измеряется миллимикронами (ммк), равными ¹/₁₀₀₀ микрона, и ангстремами Å, составляющими десятую долю миллимикрона. Размеры микробов настолько малы, что в одной капле воды вмещаются сотни тысяч микробных клеток. Но между собой они различаются по размерам. Так, размеры дрожжевой клетки - 10 мк, возбудителя полиомиелита - 8-17 ммк. Дрожжевая клетка в тысячу раз больше частицы вируса полиомиелита. Вес микробов так мал, что 100 млрд. бактерий весит 1 г.

Вполне понятно, что изучение морфологии таких мелких объектов, как микроорганизмы, возможно только при помощи микроскопов. Крупные микроорганизмы - грибы - обычно рассматривают в микроскопе при  увеличении в 100-400 раз, бактерии, спирохеты, риккетсии лучше рассматривать  при увеличении в 900-1000 раз, а для  изучения вирусов, а также внутренних структур клеток бактерий пользуются электронным микроскопом, дающим увеличение в 20-100 тыс. раз и более.

Под микроскопом микробы можно  исследовать как в живом виде, так и в убитом. Для рассматривания живых микробов каплю жидкости, содержащую микробы, помещают на покровное стекло, которое кладется каплей вниз на углубление (луночку) предметного стекла (висячая  капля).

Для исследования убитых микробов делают на предметном стекле мазок капли  жидкости с микробами, подсушивают  его на воздухе и убивают микробы  подогреванием мазка на спиртовой  или газовой горелке. Затем мазок  окрашивают растворами различных красителей (фуксин, синька, нигрозин и др.).

Для определения вида микробов часто  прибегают к окраске по способу  Грама. Мазок, окрашенный раствором генцианвиолета, обрабатывают раствором йода и йодистого калия. Микробные клетки окрашиваются в фиолетовый цвет. При последующем воздействии спиртом для обесцвечивания микробные клетки грамположительных видов прочно удерживают фиолетовую окраску, грамотрицательные же микробы спиртом обесцвечиваются и дополнительной окраской, например фуксином, окрашиваются в красный цвет.

В настоящее время внутреннее строение микробных тел успешно изучается  при помощи электронной микроскопии, посредством чрезвычайно тонких срезов бактерий, фагов, вирусов. Для  этого микробы разрезаются особыми  стеклянными или алмазными ножами на специальном приборе, называемом сверхмикротомом, на множество ломтиков - срезов толщиной всего в 0,02 мк.

Для изучения различных свойств  микроорганизмов (морфологических, физиологических, патогенных, антигенных и др.) микробиология  располагает собственными методами исследования. Эти методы, а также  устройство микроскопов и других приборов подробно описываются в специальных руководствах, например: "Большой практикум по микробиологии", под ред. Селибера; Федоров М. В. Практическое руководство по микробиологии; Лебедева М. Н. и др. Практическое руководство по медицинской микробиологии.

2. Характеристика физических факторов, что влияют на микроорганизмы: температура и влажность среды, осмотическое давление

Жизнедеятельность любого микроба  описывается тремя температурными точками: -  минимальная  температура, ниже которой микроб не развивается; - макс. выше к-ой не развивается; - оптимальная, наиболее благоприятная для развития микроба.

В зависимости от этого  делятся:

Психрофилы(холодолюбивые мо) t_min=0-4 t_opt=7-8 t_max=10-15 это мо полезных широт, ледников, снега, микрофлоры холодильников.  

Мезофилы (средне теплолюбивые мо) t_min=10-15t_opt=25-30t_max=40-50 это мо наших сред, микрофлора тела человека

Термофилы (теплолюбивые мо) t_min=25-30 t_opt=40-50 t_max=60-70 это мо теплых широт экваториальных зон вызывает порчу продуктов, прошедших тепловую обработку. Т.о. для выращивания мо нужно создавать оптимальную температуру в термостатах, а при сохранении продуктов от микробиологической порчи температуру повышают выше максимальной, либо понижают ниже минимальной. Но повышение темпер-ры более губительно, чем ее снижение:- высокие темпер-ры вызывают: денатурацию белка, инактивацию ферментов, гибель белковых структур.

Способность мо переносить темпер-ры выше мах – термостойкость (термоустойчивость). Наибольшей термоустойчивостью обладают споры бактерий. Это объясняется минимальным содержанием в них влаги и наличием в оболочке дипикалиновой к-ты, поэтому вегетативные клетки моуничтожаются при темпер-ах от 70-100 С, а споры – выше 100С.

2 способа термической  обработки: пастеризация и стерилизация.

1 Пастеризация – тепло.обработка продуктов темпер-ой до 100С, при этом погибают только вегет. Клетки споры остаются жизнеспособными, поэтому пастеризованные продукты небудут стойкими в хранении. Для удлинения срока хранения надо быстро охлаждать после терм.обработки, реализовывать и хранить на холоде, во избежание развития спор (молоко, вино).

2 Стерилизация – тепловая обработка продукта темпер-ми выше 100С , направлена на полное уничтожение спор и вегет клеток (пит.вода, баночные консервы)

Низкие темпер-ры – уменьшают активность ферментов, замедляют ход обмена веществ в клетке, уменьшают вязкость ЦПМ.

Существует 2 способа  сохранения: охлаждение и замораживание:

- при охлаждении темпер-ру снижают от 10 до 0С при этом мо не погибают, а переходят в состояние анабиоза, поэтому такие продукты нестойкие в хранении, хорошо сохраняют свои органолептические св-ва;

- при замораживании температуру снижают от -10 до  -30С. Большинство мо гибнет за счет разрыва клеточных оболочек, образуются кристаллы льда. Остальная часть наиболее холодостойких мо переходят в состояние анабиоза. Поэтому замороженные продукты хоть и более стойки в хранении, но не являются стерильными. Поэтому размораживать их нужно перед употреблением, иначе мо развиваются в вытекающем клеточном соке, вызывая порчу продукта и для их уничтожения нужны еще меньшие температуры. 

Влажность является главным  фактором, обуславливающим развитие м/о. Это объясняется большой ролью воды в жизни микробной клетки.

По отношению к влаге  м/о делят на 3 группы:

1 – гидрофиты или влаголюбивые  м/о (дрожжи, плесневые грибы)

2 – мезофиты или средневлаголюбивые

3 – ксерофиты – сухолюбивые  м/о

Наиболее чувствительны  к потери влаги гидрофиты

При обезвоживании микробная  клетка не погибает, а переходит  в состояние анабиоза. На знании действия механизма обезвоживания  м/о основаны такие способы сохранения пищевых продуктов от микробной порчи, как сушка (молока, овощи) и вяление (мясо, рыба). При сушке м/о теряют свободную воду. Вяление – продукт дополнительно обрабатывают поваренной солью, увеличивается осмотическое давление.

Поскольку м/о на таких продуктах не уничтожены, а переведены в состояние анабиоза, то такие продукты нестойки в хранении, их следует сберегать в условиях пониженной влажности и температуры.

Каждый м/о живет на субстрате со строго определенным осмотическим давлением, что обусловливает нормальный ход поступления питательных веществ в клетку, когда клетка будет находиться в состоянии тургора. Изменение осмотического давления в субстрате может приводить либо к явлению плазмолиза в микробной клетке и ее переходу в состояние анабиоза, либо явлению плазмоптиза (снижая осмотическое давление), которое сопровождается гибелью клетки. По отношению к осмотическому давлению м/о делят на 2 группы:

1 – осмотолерантные (могут выдерживать небольшие изменения осмотического давления)

2 – осмофильные (способны жить на субстрате с повышенным осмотическим давлением).

Разновидностью осмофильных м/о являются галофильные (приспособившиеся жить на субстрате с повышенной концентрацией поваренной соли).

На практике для сохранения продуктов питания от микробной  порчи реально увеличивать осмотическое давление субстрата. Это достигается путем добавления в продукт сахара (засахаривание, варка варенья или соли (соление мяса, рыбы).

Однако при этом м/о не погибают, а переходят лишь в состояние анабиоза, поэтому такие продукты будут нестойки в хранении. Для предупреждения микробной порчи их следует хранить при пониженной влажности и температуре.

Чаще всего засахаренные продукты портятся за счет осмофильных плесеней, соленья – галофильных бактерий, они развиваются в окороках, соленой рыбе, образуя ярко красные пятна. Такой парок называется фуксином, его возбудителем является Serratia marcescens.

3. Микотоксикози: характеристика возбудителей, виды, мероприятия, предупреждения

Микотоксикозы (греч. mykēs гриб + токсикоз (Токсикозы беременных) заболевания, обусловленные попаданием в организм микотоксинов, которые образуются в процессе жизнедеятельности ряда микроскопических (плесневых) грибов.

Выделено более 300 микотоксинов, продуцируемых представителями 350 видов микроскопических грибов, однако практическое значение как загрязнители пищевых продуктов имеют лишь около 20. Среди них наиболее распространены и опасны для здоровья человека афлатоксины В₁, В₂, G₁, G₂, М₁ (продуценты— грибы рода Aspergillusj, трихотеценовые микотоксины (в т.ч. дезоксиниваленол) и зеараленон (продуценты — грибы рода Fusarium), охратоксины, цитринин, цитреовиридин (продуценты — грибы рода Aspergillus и Penicillium), алкалоиды спорыньи, в т.ч. лизергиновая кислота и агроклавин.

Микотоксины чаще обнаруживаются в растительных продуктах. Поражение их грибками происходить период созревания и уборки урожая при неблагоприятных метеорологических условиях и неправильном хранении. Сельскохозяйственные продукты и корма, пораженные грибками, изменяют свой внешний вид, что помогает установить их недоброкачественность. Такие продукты и корма могут стать причиной тяжелых заболеваний людей и животных вследствие накопления в них микотоксинов.

Особое внимание следует  обращать на обнаружение микотоксинов в продуктах животного происхождения (мясо, молоко, молочные продукты, яйца), которые могут попасть в них вследствие скармливания с.-х. животным и птице кормов, зараженных микотоксинами; последние частично накапливаются в тканях и органах животных, у яйценесущих птиц — также в яйцах, из организма лактирующих животных микотоксины, метаболизируясь, выделяются с молоком. Такие продукты представляют наибольшую опасность для здоровья человека, т.к. микотоксины могут присутствовать в них без видимого роста плесени. Однако прямой зависимости между поражением пищевого субстрата грибками и образованием в нем микотоксинов не отмечается. Очень часто в зараженных грибками продуктах микотоксины отсутствуют.