Раздел II. Основы микробиологии

Тема 7. Понятие о микроорганизмах

Микробиология — это наука, изучающая жизнь и свойства мельчайших живых существ — микробов. Микробы — одноклеточные организмы — широко распространены в почве, воде, воздухе. Они участвуют в процессах круговорота веществ в природе, расщепляя сложные органические вещества остатков животного и растительного происхождения на простые неорганические вещества, используемые растениями для питания. Одни микробы играют положительную, а другие отрицательную роль в жизни человека. Полезные микробы участвуют в производстве пищевых продуктов (сыр, творог, хлеб, квас), в процессе, их сохранения и консервирования (квашеная капуста, соленые огурцы), в производстве пищевых и кормовых белков из углеводородов нефти и кормов для сельскохозяйственных животных из дешевого растительного сырья. Вредные микробы вызывают различные заболевания у человека, а также порчу пищевых продуктов (гниение, плесневение), которые являются прекрасной питательной средой для их развития.

Микробы были открыты голландским естествоиспытателем Антонием Левенгуком (1632—1723 гг.), сконструировавшим микроскоп, увеличивающий изображение в 160—200 раз. Через этот прибор он наблюдал мир мельчайших существ в различных средах, впоследствии описав их в своей книге «Тайна природы». Французский ученый Луи Пастер (1822—1895 гг.) положил начало изучению физиологии микроорганизмов. Он впервые установил причинную связь между микробами и процессами, происходящими в природе (брожение), доказал, что ряд болезней человека и животных возникает от болезнетворных микробов, разработал вакцины про­тив бешенства и сибирской язвы, применение которых предупреж­дает возникновение этих грозных заболеваний. Немецкий бактери­олог Роберт Кох (1843—1910 гг.) внес большой вклад в микробиологию, разработав методы исследования микробов и питательные среды для их выращивания. Он открыл возбудителей туберкулеза и холеры.

Развитие микробиологии связано с именами выдающихся русских ученых. И. И. Мечников (1845—1916 гг.) открыл защитные свойства организма (явление фагоцитоза), создал учение о невосприимчивости (иммунитете) организма к заразным заболеваниям. С. Н. Виноградский (1856—1953 гг.) — основоположник учения о роли микробов в плодородии почвы. Д. И. Ивановский (1864—1920 гг.) впервые обнаружил существование ультрамалых микро- бов-вирусов, положил начало науке по изучению фильтрующихся вирусов — вирусологии. Наука о вирусах достигла большого раз­вития с изобретением академиком А. А. Лебедевым электронного микроскопа. Н. Ф. Гамалея (1859—1949 гг.) впервые установил су­ществование паразитов микробов — бактериофагов.

Распространение микробов в природе

Микробы широко распространены в природе. Самая благоприятная среда для их развития — почва, в 1 г которой находится до нескольких миллиардов микробов. Развитию микробов в почве способствуют имеющиеся в ней питательные вещества (органические, минеральные), постоянная влажность и температура, отсутствие солнечного света, губительно действующего на микробы. Больше всего микробов содержится в земле на глубине от 1 до 30 см. В песчаной почве их меньше, чем в черноземной. Некоторые микробы очищают почву от остатков животного и растительного происхождения путем минерализации сложных органических веществ. Однако почва может быть загрязнена и болезнетворными микроба­ми, вызывающими столбняк, ботулизм, газовую гангрену и т. д. В почве могут находиться возбудители дизентерии, брюшного тифа* холеры, которые выживают в ней до 30—40 дней. Почва — это основной резервуар, из которого микробы попадают в воду и воздух.

Значительное количество микробов может находиться и в воде, особенно в открытых водоемах. Меньше микробов в артезианской воде, больше — в воде рек, озер, прудов. Число болезнетворных микроорганизмов в воде открытых водоемов колеблется в зависи­мости от времени года (их много весной и летом* и меньше зимой) и от степени загрязнения окружающей среды.

Воздух — неблагоприятная среда для микробов, и чистота его зависит от степени запыленности. В местах с теплым влажным климатом в воздухе микробов больше, чем в сухих и холодных районах. В воздухе могут находится болезнетворные микробы туберкулеза, дифтерии, гриппа и других заболеваний. Из почвы, воды и воздуха микробы различными путями, в том числе и через пищу, могут попасть в организм человека.

Морфология микробов

Микробы, наиболее часто встречающиеся в процессе приготовления пищи, делят на бактерии, плесневые грибы, дрожжи и вирусы. Большинство микробов являются одноклеточными организмами, величина которых измеряется в микрометрах—мкм (1/1000 мм) и нанометрах— нм (1/1000 мкм).

Бактерии — одноклеточные, наиболее изученные микроор­ганизмы величиной 0,4—10 мкм. По форме их делят на кокки — микробы шаровидной формы (микрококки, диплококки, тетракокки, сардины, стрептококки, стафилококки), палочки (одиночные, двойные, цепочки), вибрионы, спириллы и спирохеты (изогнутые и спирально извитые формы). Размеры и форма бактерий могут изменяться в зависимости от различных факторов внешней среды (рис. 3).

Рис. 3. Формы бактерий:

1 — микрококки; 2 — стрептококки; 3 — сардины; 4 — палочки без спор; 5 — палочки со спорами (бациллы); 6 — вибрионы; 7—спирохеты; 8 — спириллы

Бактерии покрыты оболочкой, представляющей собой уплотнен­ный слой цитоплазмы, придающей клетке форму. Наружный слой оболочки у многих бактерий может ослизняться, образуя защитный покров — капсулу. Основной частью клетки является цитоплазма— прозрачная белковая масса, пропитанная клеточным соком. В цитоплазме находятся ядерное вещество, запасные питательные вещества (зерна крахмала, капельки жира, гликоген, белок) и другие клеточные структуры. На поверхности некоторых бактерий (палочковидных) имеются нитевидные образования — жгутики (одиночные, в виде лучка или по всей поверхности), с помощью которых они передвигаются.

Некоторые палочковидные бактерии при неблагоприятных условиях образуют споры (сгущенная цитоплазма, покрытая плотной оболочкой), Споры не нуждаются в питании, не способны размножаться, но сохраняют свою жизнеспособность при высоких температурах, высушивании, замораживании в течение нескольких месяцев (палочка ботулинуса) или даже многих лет (палочка сибир­ской язвы). Споры погибают при стерилизации (нагревание до 120⁰С в течение 20 мин). В благоприятных условиях они прорастают в (вегетативную) бактериальную клетку. Спорообразующие бактерии называются бациллами.

Размножаются бактерии путем простого деления. При благоприятных условиях размножение одной клетки протекает в течение 20—30 мин. С накоплением вредных продуктов жизнедеятельности бактерий и исчерпанием питательных ресурсов процесс размножения прекращается.

Плесневые грибы — одноклеточные или многоклеточные низшие растительные организмы, в своей жизнедеятельности нуждающиеся в готовых пищевых веществах и в доступе воздуха. Клетки плесневых грибов имеют форму вытянутых переплетающихся нитей — гифов толщиной 1—15 мкм, образующих тело плесени — мицелий (грибницу), состоящий из одной или многих клеток. На поверхности мицелия развиваются плодовые тела, в которых созревают споры (рис. 4).

По строению клетки плесневых грибов отличаются от бактериальных клеток тем, что имеют одно или несколько ядер и вакуолей (полостей, заполненных клеточной жидкостью). Размножаются плесневые грибы с помощью гиф и спорами.

Рис. 4. Виды плесневых грибов:

1 — пенициллиум, 2 — аспергиллус. 3 — мукор

Плесневые грибы широко распространены в природе. Развиваясь на пищевых продуктах, они*образуют пушистые налеты разного цвета. Плесневые^ грибы выделяют вещества, придающие пищевым продуктам плесневелый запах и вкус. Они могут развиваться при низкой влажности (15%), что объясняет плесневение сухофруктов, сухарей, при повышенной концентрации соли и кислот (на соленых и кислых продуктах), при низкой температуре, поражая продукты, хранящиеся в холодильниках.

Среди плесневых грибов есть полезные, используемые при производстве сыров (Рокфор, Камамбер), лимонной кислоты и лекарственных препаратов (пенициллин).

Дрожжи — одноклеточные неподвижные микроорганизмы. Клетки дрожжей размером до 15 мкм бывают разной формы: круглые, овальные, палочковидные (рис. 5). Они имеют четко выраженное крупное ядро, вакуоли и различные включения в цитоплазме r виде капелек жира, гликогена и т. д.