"Микробиология негіздері" пәнінен лекциялар жинағы

• хемотрофтылитотрофтар — электрондардың донорлары ретінде неорганикалық қосылыстар пайдаланылады.

•  фото- және хемоорганотрофтар — тек органикалық қосылыстарды пайдаланады.

Микроорганизмдерді өсіру  үшін міндетті түрде қоректік орталар /субстраттар/ қажет.

Қандай да болмасын қоректік ортаның құрамына Менделеев таблицасындағы 10 химиялық элемент кіреді /С; Н; О; S; P; Ni; K; Mn; Fe; Ca/. Олар барлық микроорганизмдердің дамуы үшін өте қажет. Снымен қатар, микроорганизмдер басқа химиялық элементтерді, микроэлементтерді қажет етеді /Zn; Co; Cu және т.б./.

     Микроорганизмдер үшін қоректік орта ретінде жиі табиғи субстраттарды – азық тағамдарын пайдаланады /жеміс-жидек, сүт, ет және балық сорпалары, т.б./. Олардың құрамында микроорганизмдердің өсуі үшін қажетті органикалық және минералды заттар болады. Сонымен қатар, табиғи субстраттардан басқа жасанды қоректік орталар пайдаланылады. Оларды, азықтық тағамдарын өңдеу және оларға қосымша қажетті заттарды қосу арқылы дайындайды. Микроорганизмдерді өсіруде тағы синтетикалық орталар пайдаланылады. Оларды, белгілі бір концентрацияда химиялық қосындыларды суда еріту арқылы дайындайды.

      Микроорганизмдердің белгілі бір түрін немесе арнаулы топтарын өсіруде элективті орталар пайдаланылады. Микроорганизмдердің зат алмасу ерекшеліктерін анықтауда – дифференциалды-диагностикалық орталар пайдаланылады.

      Қоректік орталар физикалық құрамы жағынан ерекшеленеді. Олар сұйық және қатты болып бөлінеді. Қатты орталарды – сұйық орталарға желатин немесе агар-агарды қосу арқылы дайындайды.  

Микроағзалар әлемі  алуан түрлі. Микроағзалардың бірқатары ертеректен белгілі, себебі олар колония, колониялар жиынтығын немесе қоршаған ортада белгілі бір өзгерістерді тудырады. Осындай микроағзалардың басым көпшілігін белгілі ортадан тікелей бөліп алуға болады. Жоғарыда аталған микроағзалардың өсуі үшін орта жағдайын таңдау қиынға түспейді. Бірақ, әр түрлі физиологиялық топқа жататын микроағзаларды зерттеу Виноградский мен Бейеринктердің зерттеулері нәтижелерінде өңделген жинақтаушы культура (дақылдау) техникалары негіз болды.

Жинақтаушы дақылдар (культура). Жинақтаушы дақылдау әдісі теория және практика жүзінде қарапайым әдістердің бірі болып саналады. Жинақтаушы дақылдау үшін белгілі бір ағзаның басқа ағзаларға бесекелестік қабілетін қалыптастыратын қолайлы жағдайлар жасалады. Бірқатар факторларды сараптай келе, яғни, энергия, көміртек, азот, электрондар акцепторлары көздері, атмосфералық газ, жарық, температура, рН көрсеткіштері қолайлы жағдайды тудырады және ортаны аралас ағзалар популяцияларымен өңдеуді (инокуляция), мысалы, топырақ немесе ил (тұнба). Осындай ортаға төзімді ағза ортада қарқынды өсе бастайды да, басқа ағзаларды ығыстыра бастайды. Белгіленген сұйық  және қатты орталарға ағзаларды бірнеше рет ауыстырып дақылдауының нәтижесінде басым болып келетін немесе жинақталған дақылдарды немесе микроағзалардың штамдарын бөліп алуға болады. Жинақтаушы дақылдау әдісін пайдалана отырып табиғатта кездесетін түрлерін қоректік орта қажеттілігіне байланысты микроағзаларды бөліп алуға болады.

Маманданған микроағзалар үшін элективті жағдайды оңай жасауға болады (кесте 6). Мысалы, құрамында азот қосылыстары болмайтын минералды ортада, бірақ жарықтың мол болуы цианобактериялар және  N₂ байланыстыратын микроағзалар үшін өте қолайлы жағдай. Егер осы ортаны энергия көзі ретінде органикалық заттар мен көміртегімен қамтамасыз етілсе, аэробты жағдайда қараңғыда онда Azotobacter, ал анаэробты жағдайда Clostridium туыстарына жататын микроағзалар дами бастайды.

Кесте 6 – Микроағзалар үшін элективті жағдайлар

Таза дақылдар (культура). Таза дақыл – бір ғана жасушаның немесе клонның ұрпағы деп сипаттама беруге болады. Таза дақылдарды алк, олардың тазалығын дәлелдеу және ластаушы компоненттерден сақтап қалу – микробиологтың негізгі міндеті. Микроағзалардың таза дақылдарын қатты қоректік ортаның бетінде немесе өте сирек жағдайда орта ішінде бөліп алады. Таза дақылдарды бөліп алу – бір ғана жасушаны жасушалар популяциясынан бөліп алудан басталады. Аэробты бактерияларды Кох әдісі бойынша бөліп алады. Кох әдісінің негізі -  дайындалған суспензияны Петри табақшасындағы орта бетінде жайуынан немесе бір тамшыны орта бетінде тозақ көмегімен жаға бастайды (сурет 17).  

 

Сурет 17 – Таза дақылдарды алуда  «аштықтырушы» әдіс

 

Анаэробты бактерияларды дақылдауда 45°С – қа дейін балқытылған агарлы ортаға микроағзаларды орналастырады және оны оттексіз жағдайда өсіреді. 

Аралас дақылдар (культура). Табиғи популяция – микроағзалардың аралас түрлерімен сипатталады. Осы ағзалар арасында әрекеттесудің бірнеше түрлері орын алады, яғни бәсекелестік, комменсализм немесе мутуализм. Микроағзалардың бәсекелестік, комменсализм немесе мутуализм және басқа да әрекеттесу формаларын зерттеу барысында аралас дақылдар әдісін пайдаланады. 

 

Микроағзаларды  дақылдау.

Аэробты микроағзаларды дақылдау міндетті түрде арнаулы  қондырғылар немесе құрал жабдықтар  қажет. Аэробты микроағзаларды қоректік орта бетінде, яғни беттік дақылдау, және қоректік орта түбінде, яғни, түптік дақылдау әдісмен өсіруге болады. Аэробты микроағзаларды дақылдауда пайдаланылатын қондырғы және құрал жабдықтар (сурет).   

 

                     

              А. 

 

 

 

                  Ә.

Сурет 18 – Аэробты микроағзаларды дақылдау үшін құрал жабдықтар

 

Микроағзаларды периодты дақылдау. Периодты немесе үздікті  дақылдауды тұйық жүйе деп қарастыруға  болады,   өзінің даму барысында 4 кезеңнен құралған – бастапқы, экспонециалды, стационар және өлу Дақылдардың аталған кезеңдердегі тіршілік сипаты алуан түрлі және өсу қисығымен сипатталады.

Микроағзаларды үздіксіз дақылдау.  Микроағзаларды үздіксіз дақылдау хемостаттарда немесе турбидостаттарда жүргізіледі. Микроағзаларды хемостатта дақылдау суретте көрсетілген сызбанұсқа бойынша жүргізіледі.

 

 

Сурет 19 – Микроағзаларды хемостатта үздіксіз өсірудің принциптері

 

Микроағзаларды турбидостатта  дақылдау өзгеше болады. Турбидостаттың жұмысы бактериялар суспензясының  тығыздығын бірқалыпты ұстап тұруға немесе суспензияның мөлдірлілігін  бірқалыпты ұстап тұруға негізделген.  Турбидостатта жұмыс істеу қиын. 

Айырмашылықтар.

Периодты немесе үздікті  дақылдауды тұйық жүйе деп қарастыруға  болады,   өзінің даму барысында 4 кезеңнен құралған – бастапқы, экспонециалды, стационар және өлу Дақылдардың  аталған кезеңдердегі тіршілік сипаты алуан түрлі.

Үздіксіз дақылдау ашық жүйемен сипатталады және онда динамикалық тепе-теңдікті сақтап қалуға тырысады. Өсу уақытпен шектелмейді. Ағзаларға өзгертілмейтін жағдай жасалынады.

 

Микроағзалардың өсуі.

Бактериаларды қоректік ортаға енгізгеннен кейін микроағзалар қарқынды өсе бастайды. Өсу кезінде қоректік ортада қажетті компоненттердің мөлшері минимумға жеткенде өсу тоқтатылады. Егер осы аралықта қоректік заттармен орта қамтамасыз етілмесе және зат алмасу нәтижесінде түзілген соңғы өнімдер алынып тасталмаса, онда периодты дақыл алынады (тіршілік ету қабілеті шектелген жасушалар популяциясы алынады).  «Жабық жүйеде» өсу белгілі бір заңдылыққа байланысты болады. Оны өсу қисығы деп атайды. Өсу қисығы S- пішінді және бірнеше фазалардан тұрады.

 

 

Сурет  20 - Микроағзалар популяциясының өсу қисығы

 

Бастапқы немесе лаг-фаза. Бұл фаза клеткалардың қарқынды бөлінуге дайындық аралығын  қамтиды.  Фазаның ұзақтығы дақылдаудың жағдайына және инокуляттың немесе микроағзалардың жасына байланысты, сонымен қатар, қоректік орта құрамының жарамдылығымен сипатталады. Егре инокулят немесе микроағза ескі дақылдан (өсудің стационар фазасынан алынса), онда алынған клеткалар бірінші кезекте осы ортаға бейімделе бастайды (РНК синтезі жолы, рибосомалардың түзілуі және ферменттердің синтезделуі). Өсудің бастапқы фазасында бактерия жасушаларында сандық өзгерістерді байқауға болады, бұл фазада клеткадағы РНК-ға қатты әсер етеді, РНК-ның құрамы 8-12 есе артады, оны РНК мен рибосомалардың ферментті белоктарды синтездеуге қатысымен сипаттайды.

Экспоненциалды  фаза. Өсудің экспоненциалды немесе логарифмалық  фазасы клеткалардың қарқынды бөліну жылдамдығымен сипатталады.  Бұл фазадағы бөлінудің жылдамдығы бактерия түріне және қоректік ортаға байланысты. Энтеробактериялар әр  15-30 мин сайые бөлінеді, Escherichia coli 37°С-да шамамен әр 20 мин сайын бөлінеді. Ал басқа микроағзаларда бөліну жылдамдығы алуан түрлі, мысалы, топырақ микрофлорасы үшін бөліну жылдамдығы 60-150 мин-қа , ал  Nitrosomonas және Nitrobacter бактериялары үшін - 5-10 сағ. қамтиды. Бұл фазада микроағзалардың басым көпшілігінде клетка өлшемі және белоктың құрамы тұрақты күйінде сақталынып қалады. Бірақ периодты дақылдау барысында өсудің экспоненциалды фазасында ортаның әрдайым өзгеруіне байланысты клеткалар біршама мөзгеріске ұшырайды: субстраттың концентрациясы төмендейді, клеткалық сусупензияның тығызыдығ артады және метаболизм нәтижесінде түзілген заттар шоғырлана бастайды. Соның салдарынан экспоненциалды фазада клеткалардың бөліну жылдамдығы тұрақтанады, осы фазада клеткалардың өсуі мен бөлну жылдамдығын анықтауға мүмкіндік береді. Сонымен қатар, ортаға әртүрлі факторлардың әсерін зерттеуге мүмкіндік береді.

Стационар фаза. Стационар фаза ортадағы клеткалардың ұлғаю санының толық тоқтағанымен сипатталады. Өсу жылдамдығы субстрат концентрациясымен байланыста болады, егер субстрат концентрациясы төмендесе, соған сай өсу жылдамдығы төмендйді.  Сондықтан экспоненциалды фазадан стационар фаза өту біртіндеп жүреді. Өсу жылдамдығы тек субстрат концентрациясының азаюынан ғана емес, сонымен қатар бактериялар популяциясының жоғары тығыздылығымен, ортада уытты заттардың (токсиндердің) шоғырлануымен сипатталады. Осы факторлардың барлығы клеткаларды өсудің стационар фазасына өтуіне ықпал етеді.  Стационар фазасында қор заттарын пайдалану,  рибосома бөліктерінің ыдырауы және ферменттердің синтезделу процестері байқалады. Стационар фазасындағы қалыптасқан биомасса санын өнім деп атайды.  Өнім пайдаланған қоректік орта саны мен табиғатына, дақылдау жағдайына байланысты. 

Өлу немесе қырылу фазасы. Ортада қышқылдар көп мөлшерде шоғырлануына байланысты тірі клеткалардың саны экспоненциалды қырыла бастайды немесе  автолиз процесі байқалады, яғни, клетканың өзінің ферменттері клетканың тіршілік әрекетін жояды.

 

Бақылау сұрақтары:

1. Қоректік орталар дегеніміз не және олардың қандай түрлерібар?
2. Қоректік орталар физикалық қасиетіне қарай неше топқа топтастырылады?
3. Жинақтаушы дақылдау дегеніміз не және оны не үшін пайдаланады?
4. Элективті жағдай дегеніміз не?
5. Таза дақылдар дегеніміз не?
6. Аралас дақылдау дегеніміз не?
7. Аэробты микроағзаларды дақылдауда қандай құрал-жабдықтар қолданады?
8. Микроағзаларды анаэробты жағдайда дақылдау қалай жүзеге асады?
9. Микроағзаларды периодты дақылдау дегеніміз не?
10. Микроағзаларды үздіксіз дақылдау дегеніміз не?
11. Үздікті және үздіксіз дақылдаудың негізгі айырмашылықтары неде?
12. Өсу дегеніміз не және өсуді анықтаудың негізгі әдістері қандай?
13. Өсу қисығын қалай сипаттайды?
14. Өсудің неше фазалары бар?
15. Өсу әр фазада қалай жүреді?

 

Әдебиеттер:

1. Мишустин Е.Н., Емцов В.Т. Микробиология. М.: Агропромиздат, 1978, 391с.
2. Гусев М.В., Минеева Л.А. Микробиология.-М.:МГУ,1992.-448с.
3. Дарқанбаев Т.Б., Шоқанов Н.К Микробиология және вирусология негіздері. Алматы, «Мектеп», 1982ж.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Лекция № 9

Тақырыбы: Микроорганизмдердің  систематикасы.

Сабақтың мақсаты: микроағзаларды диагностикалау және номенклатуралау тәртібі мен принциптері туралы ұғым қалыптастыру,  микроағзаларды жүйелеудегі биохимиялық, физиологиялық, културалды, цитологиялық, морфологиялық белгілердің маңызын зерттеу әдістерімен танысу.

Түйін сөздер: систематика, номенклатура, жүйелеу.

 

Жоспар:

1. Микроорагнизмдерді жүйелеу, диагностикалау және номенклатуралау тәртібі мен принциптері. Жүйелеу сипаттамасы.
2. Микроағзалардың классификациясы.
3. Прокариотты ағзалардың топтарына сипаттама.

 

1. Микроағзалар  систематикасы. Систематика – микроағзалардың шығу тегі жағынан және биологиялық ұқсастығы жағынан топторға бірігуін айтамыз. Систематика ағзалар түрлерін жан-жақты сипаттап, олардың бір – бірімен туыстық қарым-қатынасын зерттеп, туыстық деңгейіне байланысты таксондарға біріктіреді. Систематика ілімінің негізі – ағзаларды жүйелеу, түрлерге жіктеу және номенклатура. 

Жүйелеу дегеніміз – ағзаларды гентиптік және фенотиптік белгілері бойынша түрлі таксондарға жіктеу немесе біріктіру. Таксономия – ағзаларды шығу тегі жағынан топтастыру немесе біріктіру әдістері мен қағидаларын зерттейтін ғылым. Микробиологияда кеңінен пайдалынатын таксономиялық бірліктер – штамм, түр, туыс, тұқымдас, қатар, класс.

Қазіргі кезде микробиология саласында  түр дегеніміз – шығу тегі жалпы  болатын, генотиптік және фенотиптік сипаттамалары  ұқсас келетін микроағзалардың жиыетығын айтамыз. Микроағзалады жіктеу және жүйелеу барысында микроағзаладың төмендегідей генотиптік және фенотиптік белгілері зерттелінеді: 

1.Морфологиялық – пішіні, көлемі, кеңістікте орналасуы, құрылымы.

2.Тинкториалды – түрлі бояуларға қатысы, соның ішінде Грам әдісін қолдану.  Бұл белгілері бойынша микроағзаларды грамоң және грамтеріс топтары жатқызуға болады.   Морфологиялық және тинкториалды белгілері бойынша микроағзаларды үлкен таксондарға – тұқымдастар мен туыстарға топтастырады.

3. Дақылдық (културалды) – микроағзаладың қоректік орталарда өсу қабілеті.

4. Биохимиялық – түрлі субстраттарды ферменттеу қасиеті, микроағзалардың тіршілік ету барысында түрлі ферменттік жүйелердің белсенділігі және зат алмасу процесі ерекшеліктері нәтижесінде әр түрлі биохимиялық заттардың түзілуі.

5. Антигенді – жасуша қабықшасының құрылысы мен химиялық табиғатына, талшықтардың және капсулалардың болуына, макроағзалардың (иелерінің) антиденелер өңдеуімен байланысты болады.