Питание микроорганизмов

Одно из основных свойств живого организ­ма — обмен веществ. Он включает в себя два процесса: 1) поступление из окружающей среды питательных веществ, необ­ходимых для синтеза составных частей микробной клетки; 2) вы­деление в окружающую среду продуктов жизнедеятельности. Хотя обмен веществ (метаболизм) делят на два процесса: анаболизм (ассимиляцию) и катаболизм (диссимиляцию), деление это услов­ное, так как в живой клетке они взаимосвязаны.

Микроорганизмы могут получать углерод из неорганических и органических углеродсодержащих соединений, в связи с чем их делят на две большие группы: автотрофы и гетеротрофы. А с уче­том еще и источника энергии — доноров-электронов их разделяют хемолитотрофы, фотолитотрофы, хемоорганотрофы и фотолитотрофы.

Автотрофы (хемолитотрофы, фотолитотрофы) получают углерод из диоксида углерода (СО₂) воздуха и создают органичес­кое вещество при помощи энергии, освободившейся в процессе окисления некоторых минеральных соединений (хемосинтез), или энергии Солнца (фотосинтез). Энергия, образующа­яся в процессе окислительных реакций, используется бактериями для усвоения углерода и создания органического вещества.

Фотолитотрофы (цианобактерии, пурпурные серобак­терии и другие микробы) обладают фотосинтезирующей способ­ностью, так как содержат пигменты (красящие вещества). Пиг­менты фотолитотрофов по своему составу близки к хлорофиллу зеленых растений. Фотобактерии, как и растения, создают орга­ническое вещество, используя углерод из диоксида углерода и энергию солнца.

Автотрофы могут развиваться в чисто минеральных средах. Они не способны усваивать более сложные соедине­ния углерода и поэтому не являются патогенными для животных.

Гетеротрофы (хемоорганотрофы) — микроорганизмы, ко­торые для питания используют углерод из готовых органических соединений. Эта группа наиболее многочисленна по своему составу. Она включает в себя как сапрофитов, так и паразитов. Сапро­фиты, или метатрофы, питаются мертвой тканью животных и рас­тений. Паразиты, или паратрофы, используют для питания орга­нические соединения живых организмов и ведут паразитический образ жизни. Это возбудители инфекционных болезней.

Фотоорганотрофы (несерные пурпурные бактерии) являются факультативными анаэробами, которые могут развиваться как на свету, так и в темноте. Необходимую энергию они получают не только от солнца, но и в результате окисления органических веществ.

Теперь остановимся на основных химических элементах, необходимых микробной клетке для нормального метаболизма.

Азот входит в состав жизненно важных компонентов микроб­ной клетки — белков и нуклеиновых кислот. Источники азота для микробов разные, в связи с чем некоторые исследователи (Н. Д. Иерусалимский) делят их на группы: аминоавтотрофы и аминогетеротрофы. Первые из них синтезируют белок из мине­ральных или простейших соединений азота, а также из воздуха; вторые используют главным образом готовые аминокислоты. Аминоавтотрофный тип питания свойствен большинству почвен­ных микробов, аминогетеротрофный — патогенным и некоторым сапрофитам. Установить резкую грань между автотрофами и гетеротрофами не всегда удается. Некоторые патогенные микробы во внешней среде ведут сапрофитный образ жизни, и наоборот, не­которые сапрофиты в зависимости от состояния макроорганизма могут вызывать заболевания.

Микробная клетка нуждается в минеральных веществах. По­требность в них невелика, но без некоторых элементов невоз­можны рост и развитие организма.

Калий активизирует ферментативные системы, ускоряет тече­ние физиологических процессов, в связи с чем его нельзя заме­нить другими элементами.

Магний входит в состав хлорофилла у зеленых и пурпурных серобактерий, активизирует карбоксилазу, пептидазу и другие ферменты. Магний в клетке находится в виде ионов.

На фосфор приходится почти половина всей золы, он вхо­дит в состав нуклеиновых кислот, в живой клетке находится в форме окисла (оксида) Р₂О₅, принимает активное участие в процессах дыхания (окисление).

Сера — один из компонентов белков, входящих в состав аминокислот: цистина, цистеина и метионина. Большинство микроорганизмов усваивают серу из сернокислых солей. Серо- и тионовые бактерии используют молекулярную серу.

Желе­зо необходимо в малых количествах. Оно входит в состав дыхательных ферментов, ускоряет процессы окисления. Железо содер­жится в туберкулезной, кишечной и других бактериях.

Микроэле­менты нужны микробной клетке еще в меньших количествах, но их отсутствие или недостаток ведут к нарушению нормального ро­ста и развития. Молибден, бор, марганец, кобальт, медь и другие микроэлементы являются компонентами многих ферментов и ви­таминов.

Факторы роста. Активаторы биологических процессов по свое­му действию напоминают витаминоподобные соединения. Нич­тожное количество активаторов в среде изменяет обмен веществ, ведет к увеличению массы микробных клеток. Особенно большую потребность в них испытывают те микроорганизмы, которые не способны синтезировать витамины. Дрожжи, азотобактер и другие микробы не только обеспечивают себя биологически активными веществами, но и выделяют их в окружающую среду, создавая тем самым благоприятные условия для развития других организмов. Некоторые микробы вырабатывают относительно большое коли­чество факторов роста. В связи с этим, например, пропионовокислые бактерии применяют в промышленности для получения вита­мина В₁₂ и других биологически активных веществ.