Характеристика микроорганизмов, вызывающих разные брожения

     2С₆Н₁₂О₆   ->  2СН₃— СНОН—СООН   +   ЗСН₃— СООН

     т.е. сбраживают ее по фосфокетолазному побочному  пути. Они не имеют ни альдолазы, ни глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы, но содержат активные фосфокетолазы, расщепляющие фруктозо-6-фосфат и ксилуло-зо-5-фосфат на ацетилфосфат и эритрозо-4-фосфат или глицеральде-гид-3-фосфат.

     Применение  молочнокислых бактерий в домашнем хозяйстве, сельском хозяйстве и для приготовления пищевых продуктов.

     Если  нестерильный раствор, содержащий наряду с сахарами также сложные источники азота и факторы роста, оставить без доступа воздуха или просто налить в сосуд достаточно большое количество такого раствора, то вскоре в нем появятся молочнокислые бактерии. Они снижают рН до значений < 5 и тем самым подавляют рост других анаэробных бактерий, которые не могут развиваться в столь кислой среде. Какие именно молочнокислые бактерии вырастут в таких накопительных культурах, зависит от прочих условий. Благодаря своему стерилизующему и консервирующему действию, основанному на подкислении среды, молочнокислые бактерии используются в сельском и домашнем хозяйстве и в молочной промышленности.

     Приготовление силоса. Молочнокислые бактерии, обитающие на растениях, играют большую роль при запасании впрок кормов для скота. Для приготовления силоса используют листья сахарной свеклы, кукурузу, картофель, травы и люцерну. Растительную массу прессуют и прибавляют к ней мелассу, чтобы повысить отношение C/N, и муравьиную или какую-либо неорганическую кислоту, чтобы заранее обеспечить преимущественный рост лактобацилл и стрептококков. В таких условиях происходит контролируемое молочнокислое брожение.

     Приготовление кислой капусты. Кислая капуста тоже представляет собой продукт, в приготовлении которого участвуют молочнокислые бактерии. В мелко нарезанной, посыпанной солью (2-3%) и спресованной белокочанной капусте при исключении доступа воздуха начинается спонтанное молочнокислое брожение, в котором принимает участие сначала Leuconostoc (с образованием СО₂), а позднее Lactobacillus plantarum.

     Молочные  продукты. Молочнокислые бактерии, образующие кислоту и придающие продуктам определенный вкус, находят широкое применение в молочной промышленности. Стерилизованное или пастеризованное молоко или же сливки сбраживают, прибавляя в качестве закваски чистые («стартовые») культуры молочнокислых бактерий. Кисломолочное масло готовят из сливок, сквашенных с помощью Streptococcus lactis, S. cremoris и Leuconostoc cremoris. Образующийся в процессе брожения диацетил  придает маслу  специфический  аромат.

     Закваски, содержащие Streptococcus lactis или. Lactobacillus bulgaricus и Streptococcus thermophilus, вызывают свертывание казеина при приготовлении творога и немецких сыров (гарцского и майнцского). При изготовлении твердых сыров (в отличие от сыров из кислого молока) для свертывания казеина пользуются сычужным ферментом. Молочнокислые бактерии (Lactobacillus casei, Streptococcus lactis) вместе с пропионовокислыми участвуют лишь на стадии созревания сыров.

     Для приготовления молочнокислых продуктов  в качестве заквасок тоже используются стартовые культуры молочнокислых бактерий, образующих кислоту и некоторые вещества, придающие продукту характерный запах. Ароматное пахтанье получают с помощью упомянутых выше заквасок, применяемых для приготовления кисломолочного масла. Пахтанье наряду с молочной кислотой содержит также уксусную кислоту, ацетоин и диацетил. Йогурт получают из пастеризованного гомогенизированного цельного молока, инокулироваиного Streptococcus thermophilus и Lactobacillus bulgaricus (после внесения закваски молоко выдерживают 2-3 ч при 43-45°С). Под названием биогурт в продажу поступает кислое молоко, сквашенное Lactobacillus acidophilus и Streptococcus thermophilus. Кефир принадлежит к молочнокислым продуктам, содержащим кислоты и этанол; его получают из молока (коровьего, овечьего или козьего). Закваску готовят на так называемых кефирных зернах, которые состоят из пока еще не полностью изученного сообщества организмов, включающего лактобациллы, стрептококки, микрококки и дрожжи. Сквашивание молока ведут при 15-22°С в течение 24-36 ч. Для приготовления кумыса используют ослиное молоко¹, которое инокулируют культурой, содержащей Lactobacillus bulgaricus и дрожжи рода Torula. 
 
 

     2. Пропионовокислое брожение и пропионовокислые бактерии

     Распространение, методы выделения  и систематика. Пропионовокислые бактерии обитают в рубце и кишечнике жвачных животных (коров, овец); они участвуют там в образовании жирных кислот, главным образом пропионовой и уксусной. Благодаря им образующаяся в рубце в результате различных видов брожения молочная кислота превращается главным образом в пропионовую. Пропионовокислые бактерии не встречаются в молоке, и их не удается выделить из почвы или природных вод. Для получения накопительной культуры этих бактерий питательную среду с лактатом и дрожжевым экстрактом инокулируют швейцарским сыром и инкубируют в анаэробных условиях. В швейцарский сыр, в созревании которого пропионовокислые бактерии играют важную роль (определяя также его вкус), они попадают с сычужным ферментом, применяемым в процессе приготовления сыра для свертывания молока. Сычужный фермент добавляют в виде водного экстракта из телячьих желудков, содержащего множество жизнеспособных про-пионовокислых бактерий. Различают несколько видов таких бактерий, из которых наиболее известны вид Propionibacterium freudenreichii и его подвид shermanii, а также P. acidi-propionici (прежнее название-Р. pentosaceum). Возбудитель угрей - воспаления волосяных фолликулов у человека - тоже относится к пропионовокислым бактериям (P. acnes). Помимо рода Propionibacterium к бактериям, образующим пропионовую кислоту,  причисляют   Veillonella  alcalescens  (= Micrococcus   lactilyticus),

     Clostridium propionicum, Selenomonas и Micromonospora. Пропионат как продукт брожения выделяют и многие другие бактерии.

     Рост  и метаболизм представителей рода Propionibacterium. Этот род относят к коринеформным бактериям ; он включает грам-положительные неподвижные палочки, не образующие спор. При неблагоприятных условиях роста часто появляются булавовидные формы. Пропионовокислые бактерии на твердых средах при доступе воздуха не растут. Так как они не переносят присутствия атмосферного О₂, способны расти в анаэробных условиях и регенерировать АТР за счет энергии брожения, их считали организмами, облигатно осуществляющими брожение. С другой стороны, давно известно, что они обладают гемсодержащими ферментами, такими как цитохромы и каталаза. Действительно, исследованные представители рода Propionibacterium оказались способными расти как в анаэробных, так и в аэробных условиях. При достаточно слабой контролируемой аэрации урожай их клеток во много раз больше, чем в строго анаэробных условиях. В случае аэробного роста, правда, скорость диффузии кислорода из газовой фазы в бактериальную взвесь не должна превышать его потребления в процессе дыхания : кислород при измеримых парциальных давлениях оказывает токсическое действие. Виды Propionibacterium, таким образом, следует относить к микроаэротолерантным формам. В анаэробных условиях представители этого рода сбраживают глюкозу, сахарозу, лактозу и пентозы, а также лактат, малат, глицерол и другие субстраты с образованием пропионовой кислоты. Расщепление гексоз идет по фруктозо-бисфосфатному пути.

     Исследуя  сбраживание глицерола клетками Propionibacterium acidi-propionici, Вуд и Веркман (1936) нашли, что при этом происходит фиксация СО₂, поддающаяся количественному определению. Связанный углерод можно было обнаружить в выделяемом сукцинате, что указывало на карбоксилирование пирувата с образованием дикарбоновых кислот. Такое карбоксилирование получило название реакции Вуда — Веркмана. Эта реакция свойственна не только пропионовокислым бактериям она широко распространена у животных, растений и различных гетеротрофных микроорганизмов. Соответствующие биохимические превращения описаны в разделе 7.5-там, где речь идет о глюконеогенезе. 

     3. Муравьинокислое брожение и

     семейство Enterobacteriaceae

     Некоторые микроорганизмы, образующие при брожении кислоты, объединяют в одну физиологическую группу на том. основании, что характерным, хотя и не главным продуктом брожения является у них муравьиная кислота. Наряду с муравьиной кислотой такие бактерии выделяют и некоторые другие кислоты; такой тип метаболизма называют поэтому муравьинокислым брожением или брожением смешанного типа. Так как некоторые типичные представители этой группы обитают в кишечнике, все семейство носит название Enterobacteriaceae. Это грам-отрицательные, активно подвижные, не образующие спор палочки с перитри-хальным жгутикованием. Будучи факультативными аэробами, они обладают гемопротеинами (цитохромами и каталазой) и способны получать энергию как в процессе дыхания (в аэробных условиях), так и в процессе брожения (в анаэробных условиях). В отношении питания эти бактерии исключительно нетребовательны-растут на простых синтетических средах, содержащих минеральные соли, углеводы и аммоний. Сбраживание глюкозы у всех представителей этой группы происходит с образованием кислот. Значение Enterobacteriaceae для эпидемиологии, а также для разного рода экспериментальных исследований общеизвестно; поэтому полезно будет рассмотреть здесь некоторых представителей этого семейства.

     Наиболее  важные виды. Escherichia coli-  обитатель кишечника, в количественном отношении, однако, не главный (в кишечной флоре преобладают Bacteroides и Bifidobacterium). Эта бактерия может некоторое время сохранять жизнеспособность и вне кишечника, и ее легко выявить. Этим пользуются для того, чтобы обнаружить загрязнение питьевой воды фекалиями.

     Proteus vulgarli тоже принадлежит к нормальной кишечной флоре, но, кроме того, широко распространен в почве и воде. Эта бактерия известна своей склонностью к изменению формы (отсюда ее название) и большой подвижностью, а также способностью образовывать на поверхности агара сплошную пленку.

     Enterobacter aerogenes можно в известном смысле считать «близнецом» Е. соli (оба вида относят к «группе кишечной палочки»). Эта бактерия широко распространена в почве; как показывает ее видовое название, она образует много газообразных продуктов. От Е. соli она отличается лишь немногими биохимическими признаками.

     Serratia marcescens (прежнее название-Bacterium prodigiosum, или чудесная палочка) может рассматриваться как вариант Enterobacter, отличающийся образованием пигмента.

     К роду Erwinia относятся некоторые фитопатогенные виды, поражающие стебли, листья и корни. В результате выделения пектиназ они вызывают мягкие гнили.

     Klebsiella pneumoniae отличается от Enterobacter только более толстой слизистой капсулой и неподвижностью. Ее находят при некоторых тяжелых формах пневмонии.

     Salmonella typhimurium- самая распространенная из бактерий, вызывающих гастроэнтерит, или так называемую «пищевую токсикоинфекцию»; в основе симптомов лежит раздражение слизистой желудочно- кишечного тракта выделяемыми липополисахаридными токсинами бактерии.  В кровяное русло  возбудитель  не проникает. Styphi является возбудителем эпидемического брюшного тифа, a ShigeUa dysenteriae и родственные штаммы- возбудителями дизентерии.

     Vibrio cholerae - возбудитель холеры, эпидемической болезни. Он не относится к группе Enterobacteriaceae, но близок к ней по типу метаболизма. Холерный вибрион размножается в кишечнике. Он прикрепляется к кишечному эпителию, но не проникает в клетки. Холерный энтеротоксин-белок, связываемый клетками кишечного эпителия (специфическими рецепторами). Он вызывает переход воды и ионов натрия, бикарбоната и хлорида в просвет кишечника.

     Yersinia pestis - возбудитель чумы. Род Yersinia не относится к таксономической группе Enterobacteriaceae, но близок к ней по своему факультативно-анаэробному образу жизни и по типу брожения. Природным резервуаром этого возбудителя эпидемий служат дикие грызуны, главным образом крысы. Бактерии передаются человеку инфицированными блохами и другими эктопаразитами; в результате развивается бубонная или легочная чума. Быстрое размножение бактерий в организме и интенсивная выработка ими токсина могут приводить к скорой смерти.

     Анализ  питьевой воды. Основная цель анализа питьевой воды- обнаружение Escherichia coli. Этот анализ-простой пример бактериологической дифференциальной диагностики, поэтому на нем стоит остановиться подробнее. Е. coli-обычный и совершенно безвредный обитатель кишечника человека, и его присутствие в питьевой воде само по себе неопасно. Однако в кишечнике может находиться и ряд патогенных бактерий. Вместе с Е. coli эти бактерии выделяются с калом больных, реконвалесцентов и бациллоносителей, так что и они могут попадать в питьевую воду. Чтобы не применять специальных методов для выявления каждой из таких патогенных бактерий, пользуются общим индикатором загрязнения. Таким индикатором и служит постоянный обитатель кишечника Е. coli. Обнаружение этого вида в пробе воды показывает, что вода загрязнена содержимым кишечника и кишечными бактериями, среди которых могут быть и патогенные формы. В таком случае требуется принять соответствующие меры. Нормой для питьевой воды считается, когда общее число бактериальных клеток в 1 мл не превышает 100; при этом в 100 мл воды не должно быть ни одной клетки Е. coli.

     Е. coli хорошо растет на средах, содержащих глюкозу или лактозу и пептон. Для того чтобы создать условия, при которых рост других бактерий сводился бы к минимуму, пользуются лактозой. На средах с лактозой могут расти только те бактерии, которые способны ее расщеплять с помощью Р-галактозидазы. Этот фермент синтезируют бактерии группы кишечной палочки и молочнокислые бактерии, тогда как многие почвенные и водные бактерии его лишены. Первые указания на присутствие газообразующих бактерий дает появление газа во время инкубации пробы в растворе с лактозой и пептоном в бродильных трубках Эйнхорна. Если в одну трубку высеять Escherichia coli, а в другую - Enterobacter aerogenes, то уже после 24-часовой инкубации при 37° С станет заметной разница в выделении газообразных продуктов. Е. aerogenes оправдывает свое название и образует примерно вдвое больше газа, чем Е. coli. Различен и состав выделяющегося газа: Е. coli выделяет Н₂ и СО₂ примерно в соотношении 1:1, тогда как Enterobacter aerogenes образует больше СО₂, чем водорода. Некоторые молочнокислые бактерии тоже обладают способностью расщеплять лактозу с образованием газа, так что их присутствие может исказить результаты анализа. Это делает необходимым применение дальнейших методов дифференциации. Если такую культуру высеять на агар с эозином и метиле-новым синим (лактоза-пентон-эозин-метиленовый синий), то появляются колонии Е. coli, окрашенные в темно-синий цвет с металлическим отливом (результат отражения света); Enterobacter же образует розовые слизистые колонии без металлического блеска.