Бактерия және вирустарды қоректік ортада өсіру

    Микроорганизмдердің физиологиясы микробты жасушаның тіршілігн, қоректену, тыныс алу, есу, көбею  процестерін, қоршаған ортамен өзара байланыс заңдылықтарын зерттейді.

    Медициналық микробиология адамда ауру туғызатын патогенді және шартты-патогенді микроорганизмдердің физиологиясын оқып уйретеді. Бұл микроорганизмдердің физиологиясын білу жұкпалы аурулардың микробиологиялық диагнозын қоюда, патогенезін түсінуде, емдеу мен алдын алуда, адамның ңоршаған ортамен өзара байланысын реттеуде және т.б. маңызды орын алады. 

      Бактериялардың химиялық  құрамы 

    Микроорганизмдердің химиялық құрамына су, ақуыз, нуклеин қышқылдары, көмірсулар, липидтер, минералды заттар кіреді.

    Су - бактериалды жасушаньң негізгі компоненті, оның 80% салмағын құрайды. Ол жасушаның құрылымды элементтерімен бос немесе байланысқан жағдайда болады. Спораларда судын мөлшері 18-20%-ға дейін азаяды. Су көпеген заттар үшін еріткіш болып келеді, және тургорды камтамасыз ететін механикалык маңыздылыкты атқарады. Плазмолиз - гипертониялық ерітіндіде жасушаның суды жоғалтуы кезіиде - протоплазманың жасуша қабырғасынан ажырауы журеді. Жасушаның судан айрылуы, кептіру метаболизм процестерін тоқтатады. Көптеген микроорганизмдер     кептіруге     төзімді.     Су     жеткіліксіз     болса микроорганизмдер    көбеймейді.    Вакуумде     мұздатқан    жағдайда (лиофилизация) кептіру көбеюді тежейді және микроб жасушаларының ұзақ сақталуын қамтамасз етеді,

    Ақуыз  (қүрғақ  салмақтың 40-80%)  бактериялардың  маңызды биологиялық қасиеттерін анықтап,  20 аминқышкылының бірігуінен түрады. Бактериялардың құрамына диаминопимелинді қышқыл (ДАП) кіреді, бұл адам мен жануарлар жасушасында болмайды. Бактериялардың құрамында  құрылымды  компоненттерде  болатын  және  метаболизм процесіне қатысатын 2000 әртүрлі акуыз бар. Ақуыздардың    көбісі ферментативтік белсенділікке ие. Бактериалды жасушаның ақуыздары бактериялардың антигенділігін, иммуногенділігін, вируленттілігін, түрлік қатынасын қамтамасыз етеді.

    Бактериялардың  нуклеин қышқылдары эукариотты жасушалардың нуклеин қышқылдарына ұқсас қызмет атқарады: ДНҚ молекуласы хромосома түрінде тұқымқуалаушылыққа жауап береді, рибонуклеин қышқылы (ақпараттық немесе матрицалық, тасымалдаушы және рибосомалы) ақуыздың биологиялық түзіліуіне катысады.

    Бактерияларды ДНҚ негіздерінің жалпы санынан гуанин мен цитозин (ГЦ) қосындысымен, молярлық пайыз (М%) арқылы сипатгалады (таксономиялық). Микроорганизмдердің нақты сипатын оларды ДНҚ-мен гибридизациялау береді. ДНҚ-мен гибрвдизациялау әдісінің негізі -денатурациялық ДНҚ-ның (бір жішпелі) ренатурацияға айналу Кабілетінде жатыр, яғни ДНҚ-ның сәйкес жіпшесімен байланысады және екі тізбекті ДНҚ молекуласын қүрастырады.

    Бактериялардың  көмірсулары қарапайым заттардан (моно- мен диқанттар) және кешенді қосылыстардан түрады. Полиқаштар капсула күрамында жиі болады, Кейбір жасуша ішілік полиқанттар (крахмал, гликоген және т.б.) қордағы қоректік заттар болып табылады.

    Липидтер  көбінесе цитоплазматикалық мембрана мен оның туындыларының қүрамына кіреді, сонымен қатар бактерияның жасуша қабырғасында болады. Липидтер цитоплазмада қордағы қоректік зат орнын атқаруы мүмкін. Бактериялардың липидтері фосфолипидтерден, май қышкылдарынан және глицеридтерден түрады. Липидтердің анағүрлым мөлшерін (40%-ға дейін) туберкулез микобактериясы қүрайды.

    Бактериялардың  минералды заттары жасушаны жакқаннан кейінгі күлде пайда болады. Көп мөлшерде фосфор, калий, натрий, күкірт, темір, кальций, магний, сондай-ақ микроэлементтер (цинк, мырыш, кобальт, барий, марганец) т.б. аныкталады. Олар осмостық қысымды, ортаньщ рН-ын, тотығу-тотықсыздану потенциалын реттеуге катысады, ферментгерді белсендіреді, ферменттердің, дәрумендердің, микробты жасушаның қүрылымдық компонентгерінің қүрамына кіреді. 

      Бактериялардың қоректенуі 

    Бактериялды жасушаның қоректену ерекшелігі қоректік заттардың бүкіл жасуша беткейі арқылы ішке өтуі, сонымен қатар метаболизм процесінің және алмасып отыратын қоршаған орта өзгерістеріне бейімділігінщ жоғары жылдамдықта жүруі.

    Қоректену типтері. Бактериялардың кең таралуы  коректену типтерінің әрқилылығына байланысты. Микроорганизмдер көмірсуды, азотты, күкіртті, фосфорды, калийді және т.б. элементтерді қажет етеді. Бактериялардың қоректенуі үшін көміртегі көзіне байланысты бөледі: аутотрофтар (грекше аиіоз - өзі, Ігорһе -тағам) - езінің жасушасын құрастыру мақсатында СО₂ -ның диоксид көміртегі мен басқа да бейорганикалық қосылыстарды пайдаланады, гетеротрофтар (грекше һегегоз - басқа, Ігорһе -тағам) - дайын органикалық қосылыстармен қоректенеді. Аутотрофты бактерияларға топырақта болатын нитрификациялайтын бактериялар, судағы күкірт сутегімен тіршілік ететін күкірт бактериялар, судағы темір тотығымен тіршілік ететін темір бактериялар т.б. жатады.

    Қоршаған  ортадағы өлген организмдердің органикалық  қалдықтарын ыдырататын гетеротрофтарды  сапрофиттер деп атайды. Адам мен  жануарда ауру туғызатын гетеротрофтарды патогенді және шартгы-патогендіге жатқызады. Патогенді микроорганизмдердің ішінде облигатты және факультативті паразиттер кездеседі. Облигатты паразитгер тек жасушаның ішінде емір сүреді, мысалы риккетсиялар, вирустар, кейбір қарапайымдылар.

    Электрондар мен сутегінің доноры деп аталатын тотығу затына байланысты микроорганизмдерді екі топқа беледі. Сутегінің доноры ретінде бейорганикалық косылыстарды пайдаланатын микроорганизмдерді литотрофты (грекше Іііһоз - тас), ал сутегінің доноры ретінде органикалық қосылыстарды қолданатын микроорганизмдер органотрофтар деп аталады.

    Энергия көзі бойынша бактерияларды фототрофтар, яғни фотосинтездеуші (күн сәулесін пайдаланушы көк-жасыл балдырлар) және химиялық энергия көзін қажет  ететін хемотрофтар деп бөледі.

    Өсу факторлары. Микроорганизмдерге қоректік орталарда өсуі ушін өсу факторлары деп аталатын арнайы қосымша компоненттер қажет. Микроорганизмдерге кажетті  өсу факторлары, яғни олар заттарды өздері түзе алмайды, сондықтан қоректік ортаға міндетті түрде қосу керек. Өсу факторларына жатады: ақуыз түзуге қажетті аминқышқылдары; нуклейн қышқылдарын түзуге қажетті пурин мен пиримидин негіздері; кейбір фермештердің қүрамына кіретін дәрумендер. Микроорганизмдерді өсу факторларына байланысты «ауксотрофтар» және «прототрофтар» терминдерін қолданады. Ауксотрофтар бір немесе бірнеше өсу факторларын қажет етеді, ал прототрофтар өсуге қажетті хосылыстарды өздері түзе алады және компоненттерді глюкоза мен аммоний түздарынан синтездейді.

    Қоректену механизмдері. Әртүрлі заттардың бактериалды жасушаға түсуі олардың молекуласының өлшеміне және липидте немесе судағы ерігіштігіне, ортаның рН-на, заттардың концентрациясына, әртүрлі факторлардьщ мембранадағы өткізгіштігіне байланысты. Жасуша қабырғасы ұсақтау молекула мен иондарды еткізе отырып, 600 Д-нан астам макромолекулаларды үстап қалады. Заттардың жасушаға түсуінің негізгі реттеушісі цитоплазмалық мембрана болып табылады.Шартты түрде бактериалды жасушаға қоректік заттардың енуінің төрт механизмін бөлуге болады: қарапайым диффузия, жеңілдетілген диффузия, белсенді тасымал, топтардың транслокациясы.

    Заттардың жасушаға түсуінің ен қарапайым механизмі  қарапайым диффузия - заттардың жылжуы цитоплазмалық мембрананың екі  жағы бойынша заттардьщ концентрацияларының айырмашылығы нәтижесінде жүреді. Заттар цитоплазмалық мембрананың липидті бөлігі (органикалық молекулалар, дәрілік препаратгар) арқылы, кейде цитоплазмалық мембрананың суға толған өзегі аркылы өтеді. Пассивті диффузия энергияны қажет етпейді.

    Жеңілдетілген диффузияда заттардың жылжуы цитоплазмалык мембрананын екі жағы бойынша заттардың концентрацияларының айырмашылығы нәтижесінде жүреді. Бірақ бүл процесс молекула-тасымалдаушы көмегімен жүзеге асады, олар цитоплазмалық мембранада орналасады және  талғамдылық  қасиетке  ие.  Әрбір  тасымалдаушы мембрана аркылы сәйкес заттарды тасымалдайды немесе цитоплазмалық мембрананың басқа компоненттері - өзіндік тасымалдаушыға жеткізеді. Тасымалдаушы-ақуыздар пермеазалар болуы мүмкін, олар цитоплазмалық мембранада түзіледі. Жеңілдетілген диффузияда энергия жұмсалмайды, затгардың концентрациясының айырмашылығы арқылы өтеді.

    Белсенді  тасымал пермеазалар көмегімен  жүреді және аз концентрациялы заттар жоғары концентрацияға қарай бағытталады, яғни ағынға қарсы, бүл процесс метаболикалық энергияның (АТФ) жүмсалуымен жүреді, ол жасушадағы тотығу-тотықсыздану реакциялары нәтижесінде түзіледі.

    Топтардың тасымалы (транслокация) белсенді тасымалға ұқсас, ерекшелігі тасымал барысында тасымалданушы молекуланың түрі өзгереді, мысалы фосфор молекуласы қосылады.

    Заттардың жасушадан шығуы диффузия әсерінен және тасымалдаушы жүйенің қатысуымен жүзеге асады.

    Бактериялардың  ферменттері. Ферменттер ездеріне сәйкес метаболиттерді (субстраттарды) танып, олармен өзара байланысады да химиялық реакцияларды жылдамдатады. Ферменттердің табиғаты ақуыз, метаболизмнің анаболизм (түзілу) және катаболизм (ыдырау) процестеріне қатысады. Көптеген ферментгер микробты жасушаның қүрылымдарымен өзара байланысты. Мысалы цитоплазмалық мембранада жасушаның тыныс алуы мен бөлінуіне қатысатын тотығу-тотықсыздану ферментгері; жасушаның қоректенуін қамтамасыз ететін ферменгтер және т.б. бар. Цитоплазмалық мембрананың тотығу-тотықсыздану ферменттері және оның туындылары әртүрлі қүрылымдардың соның ішівде жасуша қыбырғасы биосинтезінің қарқынды процесін энергиямен қамтамасыз етеді. Жасушаның бөлінуімен және аутолизімен байланысты ферменттер жасуша қабырғасында анықталады. Жасуша ішіндегі метаболизмді күшейтетін ферменттерді эндоферменттер деп атаймыз. Экзоферменттер жасушамен қоршаған ортаға бөлінеді, қоректік затгардың макромолекуласын энергия, көміртегі т.б. көзі ретівде жасушада сіңірілетін қарапайым қосылыстарға дейін ыдыратады. Кейбір экзофермештер (пенициллиназа және т.б.) қорғаныш қызметін атқара отырып антибиотиктердің белсенділігін жояды.

    Ферменттер  конститутивті және индуцибельді болып бөлінеді. Конститутивті ферменттерге қоректік ортадағы субстраттың болуына тәуелді емес жасушада үздіксіз синтезделетін фермештер жатады. Индуцибельді (бейімделген) ферменттер тек қана субстраттың ортада болуына байланысты. Мысалы, ішек таяқшасының В-галактозидазасы глюкозасы бар ортада түзілмейді, бірақ оньщ синтезі лактозасы және В-галактозндазасы бар орталарда бірден артады.

    Кейбір  ферменттер (агрессия ферменттері) жасуша мен тіндерді ыдыратып микроорганизмдердің зақымданған тіндері мен олардың токсиндерінің кең таралуын қамтамасыз етеді. Мүндай ферменттерге гиалуронидаза, коллагеназа, дезоксирибонуклеаза, нейраминидаза, лецитовителлаза   т.б. жатады.      Мысалы,   стрептококтардың  гиалуронидазасы дәнекер тшдегі гиалурон қышқылын ыдыратып стрептококтар мен оның токсиндерінің таралуына жағдай жасайды.

    Ферменттердің 2000-нан астамы белгілі. Олар алты қласқа біріккен: оксидоредуктазалар — тотығу-тотықсыздану ферменттері (дегидрогеназалар, оксидазалар т.б.); трансферазалар, жеке радикалдар мен атомдарды бір қосылыстан екіншісіне тасымалдайды; гидролазалар, гидролиз реакциясын жылдамдатады, яғни заттардың су молекуласын (эстеразалар, фофатазалар, глюкозидазалар т.б.) қоса отырып қарапайым заттарға ыдыратуы; лиазалар, субстраттардан химиялық тоигарды гидролиз емес жолмен (карбоксилаза және т.б.) алуы; изомеразалар, органикалық                                                                                                                                                                            қосылыстарды   олардың изомеріне                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          (фосфогекесоизомеразалар т.б.) айналдыру; лигазалар немесе синтетазалар, қарапайым қосылыстардан (аспарагинсинтетаза, глютаминсинтетазалар т.б.) күрделі қосылыстардың синтезін жеделдетеді.

    Ферментті құрамдағы айырмашылықтарды микрооорганизмдердің идентификациясына қолданады, себебі олардың әртүрлі биохимиялық  касиетгерін анықтайды: сахаролитикалық (қанттардың ыдырауы), протеолитикалық (ақуыздың ыдырауы) және ыдыраудың соңғы енімімен анықталатын басқа да қасиетгер (сілтінің, қышқылдың күкіртсутектің, аммиактың т.б. түзілуі).

    Микроорганизмдердің ферментттерін биологиялық белсенді қосылыстарды, сірке, сүт, лимон және басқа қышкылдарды, сүтқышқылды өнімдерді алу үшін, шарап өндіруде және т.б салаларда гендік инженерияда (рестриктазалар, лигазалар т.б) қолданады. Фермештерді жуғыш үнтақтарда биологиялық қоспа түрінде табиғаты ақуызды ластануларда жою үшін қолданады. 

    Бактериялардың  тыныс алуы 

    Тыныс алу немесе биологиялық тотығу тотығу-тотықсыздану реакцияларына негізделген, нәтижесінде  химиялық энергияның АТФ-жан-жакты  аккумуляторы пайда болады. Энергия  микробты жасушаға оның тіршілігі үшін қажет. Тыныс алу кезівде тотығу және тотықсыздану процестері жүреді: тотығу - донорлардың (молекулалар немесе атомдар) сутегіні немесе электрондарды беруі; тотықсыздану - акцепторға сутегінің немесе электронның байланысуы. Сутегі мен электрондардың акцепторлары молекулярлы оттегі (мүндай тыныс алу аэробты деп аталады) немесе нитрат, сульфат, фумарат (мүндай тыныс алу анаэробты деп аталады - нитратты, сульфатты, фумаратты) болуы мүмкін. Анаэробиоз бос оттегінің қатысуынсыз жүретін тіршілік қызметі. Егер сутегінің доноры мен акцепторы органикалық қосылыстар болып табылса, онда мүндай процесті ашу деп атайды. Ашу кезінде органикалық косылыстардың, көбіне көмірсулардың анаэробты жағдайда ферментативті ыдырауы жүреді. Көмірсулар ыдырауы нәтижесінде спиртті, сүтқышқылды, сірке қышқылды және т.б. ашу түрлерін бөлуге болады.