62. Метилотрофные бактерии: облигатные и факультативные метилотрофы, практическое их применение.

Метилотрофы – микроорганизмы, способные использовать в качестве источника углерода и энергии одноуглеродные, или С₁-соединения. К таким веществам относятся, например, метан (СН₄), метанол (СН₃ОН), формальдегид (НСОН), формиат (НСООН), цианид калия (KCN) и др. В большинстве этих соединений углерод представлен в виде метильной группы, поэтому микроорганизмы, использующие их, и получили название метилотрофы.По способности использовать С₁ и другие углеродные соединения метилотрофные бактерии делятсяна две основные группы: облигатные (способны расти только на одноуглеродных субстратах) и факультативны (которые наряду с одноуглеродными могут использовать и некоторые полиуглеродные соединения).Метилотрофные бактерии находят широкое практическое применение и являются перспективными объектами биотехнологии.Биомасса метилотрофов характеризуется достаточно высоким содержанием белка и незаменимых аминокислот, например содержание лизина достигает5,8 % сухой массы. Перевариваемость бактериальной биомассы составляет 85–98 %, поэтому ее можно использовать в качестве кормовой добавки.Промышленное значение имеет также биотрансформация метилотрофами органических веществ. Иммобилизованные бактерии, клеточные экстракты или очищенные ферменты окисления С1-соединений катализируют неспецифическое окисление ряда соединений: ароматических, алициклических и гетероциклических углеводородов, фенолов,спиртов с длинной углеродной цепью. При биотрансформаци получают продукты, имеющие потенциальное промышленное значение, например из пропилена пропиленоксид, который является субстратом для синтетических полимеров.Метилотрофы являются продуцентами аминокислоты серина, витамина В12, убихинонов Q8, Q9, Q10, метаксина, поли-β-гидроксибутирата и внеклеточных полисахаридов. Например, выход полисахаридов составляет более 30 % по отношению к массе субстрата. При определенных условиях выращивания до 66 % биомассы метилотрофных бактерий составляет поли-β-гидроксибутират – полимер, имеющий промышленное значение как заменитель пластмасс, но подверженный биодеградации.Перспективно также использование метилотрофных бактерий в качестве биокатализаторов для обнаружения выбросов метана в угольных шахтах, для очистки сточных вод от метилсодержащих соединений. Наконец, метилотрофы могут служить хорошей основой для создания генно-инженерных штаммов – продуцентов эукариотических белков медицинского и ветеринарного назначения. Показано, что уровень экспрессии некоторых генов (например, интерферонов) в метилотрофных бактериях выше, чем в бактериях E. coli.

63. Псевдомонады: их биологические особенности и практическое значение; Энтеробактерии: их систематика, характеристика и значение отдельных представителей для человека.

В семейство Pseudomonadaсеае входят грамотрицательные палочки, растущие в аэробных условиях или получающие энергию за счет анаэробного дыхания либо за счет связанного кислорода (денитрификация), но не брожения. Псевдомонады используют широкий спектр органических веществ, в том числе циклических соединений (гетероциклических и ароматических). Благодаря «всеядности» псевдомонады распространены повсеместно: в воде, почве, илах, переносятся с током воздуха. Многие из них образуют водорастворимые и флюоресцирующие пигменты.Бактерии рода Pseudomonas широко распространены в природе. Их можно встретить в воздухе, почве, морских и пресных водоемах, сточных водах и иле, нефти и на газовых месторождениях. Псевдомонады были обнаружены на пищевых продуктах, телах животных, растениях, а также в гнойных ранах и экскрементах больных млекопитающих.Клетки псевдомонад представляют собой мелкие одиночные грамотрицательные палочки. Спор и выростов не образуют, подвижны, имеют полярно расположенные жгутики. Число жгутиков у разных видов колеблется. Клетки в культурах часто объединяются в небольшие комочки или зерна, окруженные толстой слизистой оболочкой, иногда резко очерченной, — зооглеи.Колонии бактерий очень разнообразны: слизистые и пастообразные, выпуклые и плоские, крупные и мелкие. У многих видов отмечается внутренняя структура колоний. Если их рассматривать в микроскопе при малом увеличении, то в одних случаях можно обнаружить мелкозернистую колонию; в других — ячеистую, напоминающую соты; в третьих — колонии в виде мелких комочков или зерен. Большинство видов имеет колонии без внутренней структуры — под микроскопом они выглядят как однородная гомогенная масса. Псевдомонады хорошо растут на обычных питательных средах — сложных органических. Культуры различаются между собой способностью разлагать белки, использовать углевод, расщеплять крахмал, клетчатку, углеводороды, соединения ароматического ряда и другие сложные но составу вещества.Большинство бактерий рода Pseudomonas обладает гетеротрофным типом обмена веществ, т. е. для построения тела им требуется готовое органическое вещество. Биосинтетические процессы при этом осуществляются за счет обмена окислительного типа, где кислород является конечным акцептором электронов, перенос которых связан с системой цитохромов. Некоторые представители этого рода могут существовать за счет анаэробного нитратного дыхания, другие используют энергию окисления водорода. Многие виды псевдомонад образуют пигменты, различные по окраске и химической природе; некоторые синтезируют витамины, антибиотики, токсины.Патогенность у псевдомонад выражена слабо, но даже такой обычно хорошо знакомый микробиологам сапрофит, как Pseudomonas aeruginosa, часто является возбудителем вторичной инфекции долго не заживающих ран и язв у человека и животных. Пигменты, выделяемые этим микробом, придают гною сине-зеленую окраску. Вспышки энтерита у новорожденных вызываются этой бактерией. Она же вызывает заболевания растений (табак и салат) и смертельные заболевания домашней птицы. Представители другого рода (объединяет 65 видов) — Xanthomonas — наносят большой вред сельскому хозяйству, деревообрабатывающей и другим видам промышленности, где используется растительное сырье. Они вырабатывают ферменты, которые разрушают протопектины — вещества, цементирующие клетки растений. Этот процесс приводит к ослизнению растительной массы, а растение — к гибели.Бактерии этого рода широко используются в хозяйственной практике, а также в качестве моделей для многочисленных теоретических исследований, поэтому мы и остановимся на этих микроорганизмах подробнее. При использовании в качестве продуцентов некоторых штаммов бактерий Ps. fluorescens осуществляется биосинтез органических кислот: глюконовой, 2-кетоглюконовой, а-кетоглутаровой и пировиноградной. Для получения аминокислот: глутаминовой, 1- аспарагиновой, валина и метионина — также используются различные представители бактерий Pseudomonas fluorescens и Ps. aeruginosa. Из окрашенных веществ, синтезируемых бактериями рода Pseudomonas, были выделены химические вещества, обладающие антибиотическими свойствами — пиоцианин, хлорорафин, оксихлорорафин, феназин-1-карбоновая кислота и эругинозин. Все перечисленные пигменты обладают антибиотической активностью против грамположительных и грамотрицательных бактерий, дрожжей и грибов. Кроме антибиотиков, в состав окрашенных веществ, синтезируемых псевдомонадами, входят витамины. Советские и зарубежные исследователи еще в 30-х годах нашего столетия отмечали, что в состав желто-зеленого флуоресцирующего пигмента, синтезируемого псевдомонадами, входят рибофлавин, фолиевая кислота, птерин. Использование современных методов исследования позволило выделить в кристаллически чистом виде и определить составные части витаминов птеридинового и каротиноидного типов, образуемых псевдомонадами. В практике контроля пищевых продуктов флуоресцирующие псевдомонады издавна известны как индикаторы на зараженность. Интенсивное развитие бактерий на пищевых продуктах сопровождается выделением флуоресцирующего пигмента. Этот признак применяется при отбраковке пищевых продуктов.

Энтеробактерии (лат. enterobacteriaceae) — семейство грамотрицательных палочкообразных споронеобразующих бактерий, факультативные анаэробы. Семейство энтеробактерий включает большое число представителей нормальной микрофлоры человеческого организма и, в то же время, значительное количество патогенных микробов.Систематика энтеробактерий.Энтеробактерии (enterobacteriaceae) входят в порядок энтеробактерии (лат. enterobacteriales), класс гамма-протеобактерии (лат. γ proteobacteria), тип протеобактерии (лат. proteobacteria), царство бактерии.Семейство энтеробактерии включает в свой состав следующие роды: alishewanella, alterococcus, aquamonas, aranicola, arsenophonus, averyella, azotivirga, brenneria, buchnera, budvicia, buttiauxella, cedecea, citrobacter (цитробактер), dickeya, edwardsiella, enterobacter (энтеробактер), erwinia, escherichia (эшерихии), ewingella, grimontella, hafnia, haemophilus, klebsiella (клебсиеллы), kluyvera, leclercia, leminorella, moellerella, morganella, obesumbacterium, pantoea, pectobacterium, photorhabdus, plesiomonas, pragia, proteus (протей), providencia, rahnella, raoultella, salmonella (сальмонеллы), samsonia, serratia, shewanella, shigella (шигеллы), sodalis, tatumella, thorsellia, tiedjeia, trabulsiella, wigglesworthia, xanthomonas, xenorhabdus, xylella, yersinia (иерсинии), yokenella. Роды blochmannia и phlomobacter рассматриваются как кандидаты в семейство enterobacteriaceae. Энтеробактерии являются причиной большого числа различных заболеваний человека. Ниже перечислены лишь некоторые:

- escherichia coli (кишечная палочка) — ряд патогенных серотипов могут быть причиной различных инфекционных заболеваний, протекающих с интоксикацией, лихорадкой, обычно с поражением желудочно-кишечного тракта (различные диареи, в том числе диарею путешественников, геморрагический колит, гемолитико-уремического синдром и другие), реже — мочевыводящих, желчевыводящих путей, других органов или с развитием сепсиса

- энтерогеморрагическая кишечная палочка была причиной кишечной инфекции 2011 года со смертельными исходами в Германии и других странах Европы

- klebsiella pneumoniae и klebsiella oxytoca — возбудители пневмонии, заболеваний мочевыводящих путей, мозговых оболочек, суставов, глаз, а также бактериемии и септикопиемии

- klebsiella ozaenae — возбудитель озены — зловонного насморка, характеризующимся атрофическим процессом слизистой оболочки и костных стенок полости носа

- klebsiella rhinoscleromatis — возбудитель склеромы, гранулематозного поражения слизистой оболочки носа и верхних дыхательных путей

- salmonella enterica enterica серотип typhi (или просто salmonella typhi) — возбудитель брюшного тифа

- salmonella enterica enterica серотипы paratyphi A, paratyphi B, paratyphi C (или просто salmonella paratyphi A и т.п.) — возбудители паратифов A, B и С.

- salmonella enterica, в том числе серотипы salmonella typhimurium и salmonella enteritidis и многие другие (но не перечисленные выше typhi и paratyphi A, B и С), — возбудители сальмонеллеза

- shigella dysenteriae, shigella flexneri, а также все другие виды шигелл — возбудители дизентерии

- yersinia enterocolitica — возбудитель иерсиниоза (острого инфекционного заболевания, преимущественно желудочно-кишечного тракта, с тенденцией к генерализованному поражению различных органов и систем)

- yersinia pseudotuberculosis — возбудитель псевдотуберкулеза

- yersinia pestis — возбудитель чумы

Энтеробактерии — возбудители кишечных инфекций человека относятся исключительно к родам escherichia, shigella, salmonella и yersinia. Энтеробактерии — представители родов citrobacier, ewardsiella, enterobacter, escherichia, hafnia, klebsiella, proteus, providencia, salmonella, serratia, yersinia могут вызывать инфекции мочеполовой сферы (в том числе циститы, пиелонефриты, острые и хронические простатиты, эпидидимиты и орхиты и т.п.). Бактериурия — наличие бактерий в моче человека может быть только в том случае, если почки, мочевой пузырь или мочеточники инфицированы патогенными бактериями. Энтеробактерии могут быть причиной вагинитов (воспаления влагалища), цервицитах (воспаления канала шейки матки), других воспалительных гинекологических заболеваниях. Энтеробактерии во влагалище обычно выявляются у пациенток, не соблюдающих правила личной гигиены. Энтеробактерии — нормальная флора кишечника человека.

Энтеробактерии присутствуют в различных отделах желудочно-кишечного тракта здорового человека. Их количество увеличивается от проксимальных отделов (в тощей кишке обнаруживается от 0 до 103 КОЕ/мл энтеробактерий, в подвздошной — от 102 до 106 КОЕ/мл) к дистальным.