Microbiology

Ранее мы уже отмечали, что некоторые бактерии, как, например, Bdellovibrio bacteriovorus, для своего размножения нуждаются в целых клетках других бактерий. Вероятно, многие бактерии-эндосимбионты насекомых или инфузорий - неразрывно связаны со своими хозяевами. Причину такого обязательного внутриклеточного паразитизма, как правило, надо искать в упрощении обмена веществ. Среди бактерий к наиболее изученным облигатным внутриклеточным паразитам относятся риккетсии и хламидии. И те и другие - возбудители болезней человека и животных; по структуре своих клеточных стенок это грам-отрицательные организмы.

Представители группы микоплазм (класс Mollicutes) - самые мелкие прокариоты, способные самостоятельно размножаться. Они не имеют клеточных стенок. Так как протопласт снаружи ограничен только плазматической мембраной, клетки осмотически чрезвычайно лабильны. У большинства микоплазм (Mycoplasma и Ureaplasma) геном в четыре раза меньше, чем у Escherichia coli (всего лишь 0,5-10⁹ Да); таким образом, среди прокариот, способных к самостоятельной репродукции, они обладают самым малым геномом. Порядок Mycoplasmatales выделили в отдельный класс бактерий, получивший наименование Mollicutes («мягкокожие»); этим подчеркивается филогенетическое отличие микоплазм от всех остальных бактерий.

Анаэробные фототрофные бактерии (Rhodospirillales) обладают фото синтетическими пигментами и нуждаются в свете как источнике энергии. Исходя из существенных физиологических особенностей, различают четыре семейства: пурпурные серобактерии (Chromatiaceae), пурпурные несерные бактерии (Rhodospirillaceae), зеленые серобактерии (Chlorobiaceae) и группу Chloroflexus (Chloroflexaceae). Это естественная филогенетическая группа.

Основываясь на способе размножения - бинарном делении, цианобактерии уже давно объединили вместе с бактериями под названием Schizophyta. Из-за общих физиологических особенностей их, однако, относили к растениям и называли сине-зелеными водорослями. Поэтому для них были действительны правила ботанической номенклатуры. Только с тех пор, как научились ясно отличать прокариот от эукариот, эту группу организмов причисляют к бактериям.

С водорослями и высшими растениями цианобактерии имеют то общее, что все они осуществляют фотосинтез с выделением кислорода и содержат хлорофилл а, а также ряд других общих с растениями пигментов. Поэтому их и отнесли к водорослям под названием сине-зеленых водорослей. Но уже Ф. Кон, учитывая способ их деления, назвал их Schizophyceae и объединил со Schizomycetes (бактериями), сведя в группу высшего порядка Schizophyta. Действительно, если судить по строению клетки, наличию муреиновой клеточной стенки, 70 S-рибосомам и другим определяющим признакам, приходится отнести их к грам-отрицательным прокариотам. Цианобактерии - самая обширная, наиболее богатая формами и самая распространенная группа фотосинтезирующих прокариот. Благодаря способности расти в экстремальных условиях и фиксировать молекулярный азот они приобрели большое значение в сложном «хозяйстве» природы.

Для роста микроорганизмов необходима вода. Питательные вещества – это растворенные в воде соединения, из которых микроорганизмы строят свои клетки и получают энергию. Требования, предъявляемые различными микроорганизмами в отношении состава питательной среды и прочих условий, весьма разнообразны. В связи с этим было предложено очень много рекомендаций по составлению питательных сред для различных микроорганизмов. В принципе питательные среды должны отвечать следующим минимальным требованиям: в них должны присутствовать все элементы, из которых строится клетка, в такой форме, в которой микроорганизмы способны их усваивать.

Очень многие нетребовательные микроорганизмы, например большинство псевдомонад, живущих в почве и воде, а также Escherichia coli, хорошо растут на среде, примерный состав которой приведен в табл. 6.1. Многим микроорганизмам, однако, сверх того нужны еще какие-то из перечисленных выше микроэлементов, витаминов или других добавок. Если питательный раствор составлен из определенных химических соединений, то говорят о синтетической среде. Исследователи стремятся определить для каждого микроорганизма минимальные потребности в питательных веществах и составить минимальную среду, содержащую лишь те ингредиенты, которые необходимы для роста. Более требовательные виды нуждаются в большом числе добавочных веществ. Для Leuconostoc mesenteroides была составлена синтетическая среда, содержащая более 40 компонентов.

Термины «гетеротрофный» и «автотрофный», введенные для определения типов питания животных и растений, недостаточны для того, чтобы охарактеризовать все многообразие способов питания микроорганизмов. Поэтому для микроорганизмов были предложены новые термины, указывающие на источник энергии, донор водорода (электронов) и источник углерода.

Познанием многообразия микроорганизмов мы обязаны двум обстоятельствам. Некоторые микроорганизмы уже давно привлекли к себе внимание тем, что они образуют колонии, крупные скопления или же вызывают заметные изменения в окружающей среде. Многие из таких легко обнаруживаемых микроорганизмов поддаются прямому выделению. Для них легко подобрать условия, которые обеспечивали бы их рост. Однако есть много других микроорганизмов, относящихся к различным физиологическим группам, которые стали доступными для исследования лишь после того, как Виноградский и Бейеринк разработали технику накопительных культур.

Под ростом понимают необратимое увеличение количества живого вещества, обычно связанное с увеличением и делением клеток. У многоклеточных организмов увеличиваются размеры тела, у одноклеточных растет число клеток. Однако и у одноклеточных следует отличать увеличение числа клеток от увеличения клеточной массы (табл. 6.4).

Во время роста периодической (статической) бактериальной культуры может не быть строгой пропорциональности между увеличением числа клеток и увеличением бактериальной массы. Поэтому показатели эти необходимо различать.