Селекция микроорганизмов и ее применение. Санитарная микробиология. Микробиологический контроль консервов до стерилизации

     МИНОБРНАУКИ РОССИИ

     Федеральное государственное бюджетное

     образовательное учреждение

     высшего профессионального образования

     «Пензенская государственная технологическая  академия»

     (ПГТА)

     Кафедра «ББ и Э» 
 
 
 
 

Индивидуальная  работа по дисциплине:

     «Микробиология»

                                                                                   Проверил: преподаватель

                                                                                   кафедры Чичкин С.Н. 

                                                                                   Выполнила: ст. гр. 08ТП1

                                                                                   Жукова О.А. 
 
 
 
 
 

     Пенза 2011

     Содержание

1. Вопрос№2: «Селекция микроорганизмов и  ее применение»…………….….3

2. Вопрос№22: «Санитарная микробиология»………………………………….8

2.1 Общие понятия санитарной микробиологии………………………………..8

2.2 Задачи  санитарной микробиологии…………………………………….......11

3.Вопрос№38: «Микробиологический контроль консервов  до стерилизации»……………………………………………………………………14

4. Библиографический список литературы………………………………….....19 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Селекция микроорганизмов и ее применение 

      Микроорганизмы (бактерии, микроскопические грибы, простейшие и др.) играют исключительно важную роль в биосфере и хозяйственной деятельности человека. В природе известно более чем 100 тыс. видов  микроорганизмов.    
      Качественный скачок в их использовании произошел в последние десятилетия, когда были установлены многие генетические механизмы регуляции биохимических процессов в клетках микроорганизмов. Многие из них продуцируют десятки видов органических веществ - аминокислот, белков, антибиотиков, витаминов, липидов, нуклеиновых кислот, ферментов, пигментов, сахаров, которые широко используются в разных областях промышленности и медицины. Такие отрасли пищевой промышленности, как хлебопечение, производство спирта, молочных продуктов, виноделие и многие другие, основаны на деятельности микроорганизмов.   Микроорганизмы используют для биологической очистки сточных вод, улучшений качеств почвы. В настоящее время разработаны методы получения марганца, меди, хрома при разработке отвалов старых рудников с помощью бактерий, где обычные методы добычи экономически невыгодны.

      Микробиологическая промышленность предъявляет к продуцентам различных соединений жесткие требования, которые важны для технологии производства; это высокая скорость роста, использование для жизнедеятельности дешевых субстратов и устойчивость к заражению посторонними микроорганизмами. Научная основа этой промышленности - умение создавать микроорганизмы с новыми, заранее определенными генетическими свойствами и умение использовать их в промышленных масштабах.

      Селекция это - наука о методах создания сортов и гибридов сельскохозяйственных растений, пород животных, штаммов микроорганизмов. Также селекцией называют отрасль сельскохозяйственного производства, занимающуюся выведением сортов и гибридов различных культур, пород животных. Селекция разрабатывает способы воздействия на растения и животных с целью изменения их наследственных качеств в нужном для человека направлении. Селекция является одной из форм эволюции растительного и животного мира, которая подчиняется тем же законам, что и эволюция видов в природе, но естественный отбор здесь частично заменен искусственным отбором. 
      Теоретическая основа селекция - генетика и разрабатываемые ею закономерности наследственности и изменчивости организмов.                       Эволюционная теория Чарльза Дарвина, законы Грегори Менделя, учения о чистых линиях и мутациях позволили селекционерам разработать методы управления наследственностью растительных и животными организмов.    Большую роль в селекционной практике играет гибридологический анализ. 
Селекционный процесс разбивается на три отрасли: селекция в растениеводстве, селекция в животноводстве и селекция микроорганизмов.

      Селекция микроорганизмов (в отличие от селекции растений и животных) имеет ряд особенностей:

      1) у селекционера имеется неограниченное количество материала для работы: за считанные дни в чашках Петри или пробирках на питательных средах можно вырастить миллиарды клеток;

      2) более эффективное использование мутационного процесса, поскольку геном микроорганизмов гаплоидный, что позволяет выявить любые мутации уже в первом поколении;

      3) простота генетической организации бактерий: значительно меньшее количество генов, их генетическая регуляция более простая, взаимодействия генов просты или отсутствуют.

      Эти особенности накладывают свой отпечаток на выбор методов селекции микроорганизмов, которые во многом существенно отличаются от методов селекции растений и животных. Например, в селекции микроорганизмов обычно учитываются их естественные способности синтезировать какие-либо полезные для человека соединения (аминокислоты, витамины, ферменты и др.). В случае использования методов генной инженерии можно заставить бактерии и другие микроорганизмы продуцировать те соединения, синтез которых в естественных природных условиях им никогда не был присущ (например, гормоны человека и животных, биологически активные соединения).

      Природные микроорганизмы, как правило, обладают низкой продуктивностью содержащихся в них веществ, которые интересуют селекционера. Для использования же в микробиологической промышленности нужны высокопродуктивные штаммы, которые создаются различными методами селекции, в том числе отбором среди природных микроорганизмов. Отбору высокопродуктивных штаммов предшествует целенаправленная работа селекционера с генетическим материалом исходных микроорганизмов. Так, например, используют различные способы рекомбинирования генов: конъюгацию, трансдукцию, трансформацию и другие генетические процессы. Например, конъюгация (обмен генетическим материалом между бактериями) позволила создать микроорганизм, способный утилизировать углеводороды нефти.

      Часто прибегают к трансдукции (перенос гена из одной бактерии в другую посредством бактериофагов), трансформации (перенос изолированной ДНК, из одних клеток, в другие) и амплификации (увеличение числа копий нужного гена). Так, у многих микроорганизмов гены биосинтеза антибиотиков или их регуляторы находятся в плазмиде, а не в хромосоме. Поэтому увеличение числа этих плазмид путем амплификации позволяет существенно повысить выход антибиотиков. Важнейшим этапом в селекционной работе является индуцирование мутаций. Экспериментальное получение мутаций открывает почти неограниченные перспективы для создания высокопродуктивных штаммов. Вероятность возникновения мутаций у микроорганизмов ниже, чем у всех других организмов. Но вероятность выделения мутаций по данному гену у бактерий значительно выше, чем у растений и животных, поскольку получить многомиллионное потомство у микроорганизмов довольно просто и сделать это можно быстро. Для выявления мутаций служат селективные среды, на которых способны расти мутанты, но погибают родительские клетки дикого типа. Проводится также отбор по окраске и форме колоний, скорости роста мутантов и диких форм и т. д.

      Отбор по продуктивности (например, продуцентов антибиотиков) осуществляется по степени угнетения роста чувствительного штамма. Дня этого штамм-продуцент высевается на «газон» чувствительной культуры. По размеру пятна, где отсутствует рост чувствительного штамма вокруг колонии штамма-продуцента, судят о степени его активности (в данном случае антибиотической). Для размножения, естественно, отбираются наиболее продуктивные колонии. В результате селекции производительность продуцентов удается увеличить в сотни и тысячи раз. Например, путем комбинирования мутагенеза и отбора в работе с грибом Penicillium был увеличен выход антибиотика пенициллина примерно в 10 тыс. раз по сравнению с исходным диким штаммом. Важным подходом в селекционной работе с микроорганизмами является получение рекомбинантов путем слияния протопластов, или гибридизации, разных штаммов бактерий. Слияние протопластов позволяет объединить генетические материалы таких микроорганизмов, которые в естественных условиях не скрещиваются. Селекция находит широкое применение и в отношении микроорганизмов, используемых в промышленности. Например, дрожжевые грибки, вызывающие брожение в тесте, также обладают разными свойствами. На основе селекции выделяются наиболее продуктивные штаммы, способствующие высокому качеству хлеба. Наконец, нужно иметь в виду, что мутации происходят и у болезнетворных микроорганизмов, вызывающих заболевания человека. Иногда они приводят к повышению вредоносного действия (вирулентности) микроба, что может иметь тяжелые последствия для человека.

      Роль микроорганизмов в микробиологической, пищевой промышленности, в сельском хозяйстве и других областях трудно переоценить. Особенно важно отметить то, что многие микроорганизмы для производства ценных продуктов используют отходы промышленного производства, нефтепродукты и тем самым производят их разрушение, предохраняя окружающую среду от загрязнения. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. Санитарная микробиология 

      Микроорганизмы, и в первую очередь бактерии, распространены в природе гораздо шире, чем другие живые существа. Благодаря исключительному разнообразию усвоения питательных веществ, малым размерам и легкой приспособляемости к различным внешним условиям бактерии могут быть обнаружены там, где отсутствуют другие формы жизни. 
      Сложные взаимоотношения микроорганизмов со средой, которые обусловливают их размножение, развитие и выживание, изучает специальная биологическая наука — экология. Но существует и медицинская наука — санитарная микробиология, которая также занимается изучением микроорганизмов и процессов, вызываемых ими в окружающей среде. Началом развития санитарной микробиологии как науки принято считать 1888 год, когда впервые французский врач Е. Масе предложил учитывать наличие кишечной палочки в качестве показателя фекального загрязнения воды. Как наука, санитарная микробиология базируется на основных положениях микробиологии, гигиены и эпидемиологии, постоянно разрабатываемые методы контроля за санитарным состоянием воды, почвы, пищевых продуктов и предметов быта. Результаты исследований в области санитарной микробиологии используются в первую очередь в профилактической и лечебной медицине, а также практически во всех отраслях народного хозяйства. 

2.1 Общие понятия санитарной микробиологии 

      Патогенность - способность микроорганизмов вызывать заболевание. Этот принцип является свойством вида. Например, Corynebacterium diphtheriae (микроорганизмы, вызывающие заболевание дифтерией) считаются патогенными для человека, однако отдельные штаммы этого вида могут сильно различаться по степени патогенности (вирулентности). Следовательно, вирулентность - признак штамма, а не вида. Поэтому можно говорить о высоко-, низко - и даже авирулентном штамме определенного вида. Вирулентность микроорганизмов определяется двумя факторами: инвазивностью, т. е. способностью размножаться в организме человека, и токсигенностью, т. е. способностью образовывать токсины- вещества, повреждающие органы (ткани) хозяина. Некоторые виды патогенных микроорганизмов повреждают макроорганизм при помощи косвенного механизма, вступающего в действие при условии предварительного контакта с тем возбудителем. Это явление называется повышенной чувствительностью, или аллергией. В этом случае участвует иммунная реакция чувствительного организма на компонент клетки паразита.

      Токсигенность, впервые это явление наблюдали исследователи в конце 19 века, работая с микроорганизмами Clostridium tetani (возбудитель столбняка) и Corynebacterium. Фильтраты, освобожденные от клеток микроорганизмов, вводили опытным животным. При вскрытии погибших животных обнаруживались симптомы, характерные для соответствующей инфекционной болезни. Как выяснилось позже, не все бесклеточные фильтраты патогенных микроорганизмов были токсичными, это позволило предполагать экзогенную и эндогенную природу бактериальных токсинов.

      Исследование структуры токсинов и их локализации стало возможным лишь с развитием химической и биологической наук. Однако даже в настоящее время эти исследования часто бывают затруднены вследствие различия условий и конечных результатов культивирования клеток in vivo и in vitro, а также ввиду сложности подпора системы для культивирования возбудителей той или иной болезни. Болезнетворные микроорганизмы проникают в организм хозяина различными путями:

      1) с пищей или водой;

      2) с взвешенными в воздухе частицами пыли или влаги;

      3) путем прямого контакта с больным (носителем инфекции); 

      4) через укус любого носителя инфекции; 

     5) в результате попадания на поврежденные участки кожи.

      Основной задачей санитарной микробиологии является предупреждение возникновения инфекционных заболеваний, т. е. осуществление постоянного контроля за водой, воздухом, почвой, пищевыми продуктами и т. д. с целью выявления патогенных микроорганизмов, либо выявление санитарно-показательных микроорганизмов, которые являются косвенными показателями зараженности окружающей среды.

      Санитарно-показательные микроорганизмы — это постоянные обитатели поверхностей и полостей тела человека и животных, выделяющихся из организма теми же путями, что и патогенные. Поэтому, чем больше выявлено санитарно-показательных микроорганизмов, тем большая вероятность попадания в объекты внешней среды патогенных микроорганизмов. Содержание санитарно-показательных бактерий оценивается по двум показателям - титру и индексу. Титром называется тот минимальный объём или масса, в которой обнаруживаются данные бактерии; индексом - количество санитарно-показательных бактерий, содержащихся в 1 литре жидкости, 1г. плотных веществ, 1м3 воздуха. Обнаружение патогенных микробов в окружающей среде, продуктах питания и воде позволяет дать оценку эпидемиологической ситуации и принять соответствующие меры по борьбе и профилактике инфекционных заболеваний. Поиск одновременно всех возбудителей инфекционных заболеваний (индикация и идентификация) технически и методически невозможен и оправдан лишь при подозрении на наличие определенного возбудителя. Однако и в этом случае возникают трудности из-за неравномерного распределения определяемого микроба в исследуемом объекте, небольшой его численности и т.д. Несколько легче определять условно-патогенные микробы, которые, попав в продукты питания, быстро размножаются с накоплением большого количества токсинов и вызывают пищевые отравления микробной этиологии (пищевые токсикоинфекции и интоксикации). Такими бактериями обычно являются представители нормальной микрофлоры человека и животных. К ним относят кишечную палочку, золотистый стафилококк, Clostridium perfringens, протей и др. Поэтому косвенным показателем микробной загрязненности исследуемых объектов и материалов, служит наличие в них так называемых санитарно-показательных микробов. Например, возбудители кишечных инфекций имеют общий путь выделения (с фекалиями) с такими санитарно-показательными бактериями, как бактерии группы кишечной палочки — БГКП (в эту группу, кроме кишечной палочки, входят сходные по свойствам бактерии родов Citrobacter, Enterobacter, Klebsiella), энтерококки, клостридии. Возбудители воздушно-капельных инфекций имеют общий путь выделения с бактериями, постоянно обитающими на слизистой оболочке верхних дыхательных путей и выделяющимися в окружающую среду при кашле, чиханье, разговоре. В связи с этим в качестве санитарно-показательных бактерий для воздуха закрытых помещений предложены гемолитические стрептококки и золотистые стафилококки. Определение загрязненности почвы, воды, воздуха, продуктов питания и других объектов выделениями человека или животных проводят путем количественного учета санитарно-показательных микробов. В воздухе определяют количество золотистого стафилококка и стрептококков, в воде — кишечной палочки, БГКП, энтерококка; в почве — кишечной палочки, БГКЛ, Clostridium perfringens; в продуктах питания — кишечной палочки, БГКП, энтерококка, золотистого стафилококка, протея. На основании количества санитарно-показательных микробов вычисляют коли-титр, перфрингенс-титр, титр энтерококка и т.д.