Аристовская Т.В. Микробиология процессов почвообразования- Л: Наука, 1980

2. Шоқанов Н:Қ. Микробиология. Алматы, «Санат» 1997.

Дәріс №10

Микроорганизмдердің химиялық құрамы

Мақсаты: Студенттерді микроорганизмдердің химиялық құрамымен, бактерияларға қажет ететін химиялық заттар мен және қоректік орталарды жасау принциптерімен таныстыру.

а) Бактериялар қажет ететін химиялық заттар

Микроорганизмдер қалыпты тіршілік ету үшін сыртқы ортадан клетка құрамындағы барлық химиялық элементтерді қажетті мөлшерде алып отыруы керек. Олардың ішінде, әсірісе, органогендер-көміртегі, азот, оттегі және сутегі көп мөлшерде қажет. Бұл элементтердің барлығы белгілі бір химиялық түрде болуы керек.

Көміртегі. Көміртегі атомдарының реактивтілігі олардың төрт валентті болуына байланысты. Мысалы, молекулалы көміртегі биохимиялық реакцияларға түсе алмайды. Сонымен қатар, валенттілігі тотықсызданған және қаныққан байланысы бар көміртегі (СН₄, R –CH₃, R – CH₂ –R¹) қиын әрекеттеседі. Оларды тек кейбір микроорганизмдер ғана қолдана алады.

Азот. Клетка заттарында азот тотықсызданған күйде болады. Сондықтан клеткалар үшін ең қолайлысы- аммонийлі азот (NH₃, NH₂). Ал басқа заттардың қоректік құндылығы олардан азоттың NH₃ түрінде қаншалықты оңай бөлінетіндігіне байланысты. Азоттың тотыққан түрлерінің сіңірілуі осы атомдардың клеткада тотықсыздануына байланысты.

Сутегі мен оттегі. Бұл элементтер бір- бірімен тығыз байланысты, бірақ олардың қасиеттері қарама-қарсы: сутегі- тотықтырушы, оттегі- тотығушы. Қосылыстарда сутегі оң валентті, ал оттегі екі теріс валентті. Сутегі ионы (Н⁺) реакцияға қышқылдық қасиет берсе, оттегі гидроксил ионы (ОН) түрінде сілтілік орта тудырады. Осы екі элементтің әрекеттесуінің нәтижесінде бейтарап су пайда болады. Екі элемент судағы заттармен реакцияға түседі. Барлық биохимиялық реакциялар су ортасында өтеді. Сондықтан клетка салмағының бір бөлігі судың үлесіне тиеді. Осыған байланысты су микроорганизмдер үшін сутегі мен оттегінің негізгі көзі болып саналады.

Күкірт. Ол клетка құрамында тек тотықсызданған күйде болады. Амин қышқылдардың құрамына күкірт SH – не S-S тобы түрінде кіреді. Микроорганизмдер тотыққан түрдегі күкіртті өте жеңіл сіңіреді. Күкірттің әмбебап көзі сульфаттар болып табылады.

Фосфор. Клетка үшін өте маңызды элемент. Фосфор зат алмасуда пайда болатын аралық заттарды белсендіруге және АҮФ түзілуіне қатысады, фосфат түрінде нуклеин қышқылдардың құрамына кіреді. Микроорганизмдер бұл элементті фосфор қышқылының орта тұздары (фосфат) түрінде пайдаланады.

б) Микрорганизмдерді қоректену тәсіліне қарай бөлу. Алғашқы кезде биологтар барлық тірі организмдерді олардың қоректену тәсілдеріне қарай үлкен екі топқа бөлген: автотрофтар- бейорганикалық заттармен қоректенетіндер және гетеротрофтар- органикалық заттарды қажет ететіндер. Бірақ микробтарды зерттеу барысында олардың қоректену тәсілдері әр түрлі болатындығын анықтады. Сондықтан организмдерді қоректену тәсілдерінің екі көрсеткіші энергия көзі және көміртегінің көзі бойынша бөлуді тиімді деп санады. Сонымен, организмдерді энергия көзінің түріне қарай фототрофтарға, жарықтың энергиясын пайдаланатын хемотрофтарға бөлді. Ал көміртегінің негізгі көздеріне қарай организмдерді бұрынғы термин бойынша- автотрофтар және гетеротрофтар деп қалдырды. Бірақ олардың мазмұнына анықтаулар енгізді. Автотрофтарға көміртегінің көзі ретінде көмірқышқыл газын, ал гетеротрофтарға органикалық зататрдың құрамындағы көміртегіні пайдаланатындарды жатқызды. Микроорганизмдерді қоректену тәсілдеріне қарай осы классификация бойынша жіктейді.

Микроорганизмдердің қоректенуіне қарай жіктелуі

Энергия көзі	Электрон доноры	Көміртегі көзі	Қоректену түрлері
СО2	Органикалық заттар
Жарық	Н2О H2S, S0, H2	+	-	фотоавтотрофтар
Жарық	Органикалық заттар	-	+	фотоорганогетеротрофтар
Бейорганикалық заттар	Бейорганикалық заттар	+	-	хемолитоавтотрофтар
Органикалық заттар	Органикалық заттар	-	+	хемоорганогетеротрофтар

Сонымен қоректену түріне қарай бактерияларды 4 топқа бөледі:

1) фотоавто (лито) трофтар;

2) фотогетеро (органо) трофтар;

3) хемоавто(лито) трофтар;

4) хемогетеро(органо) трофтар.

Бірінші топқа фототүзуші организмдердің басым көпшілігі жатады: өсімдіктер, балдырлар, көптеген бактериялар. Екінші топты кейбір фототүзуші жасыл және қара-қошқыл бактериялар құрайды. Үшінші топқа хемолитотрофты бактериялар жатады. Олар энергияны тотықсызданған бейорганикалық заттарды (NH₃, NO₂ , H₂, H₂S, S₂O₃, Fe³⁺) тотықтыру барысында алады. Төртінші топқа барлық жануарлар, қарапайымдылар, саңырауқұлақтар, бактериялардың көпшілігі жатады. Олар энергия және көміртегі көзі ретінде тек органикалық заттарды пайдаланады және өзара органикалық заттардың түріне және мөлшеріне қарай бөлінеді. Өсімдіктер мен жануарлардың қалдықтарымен қоректендіреді – сапрофиттер, ал тірі клеткада өсетіндерді –паразиттер тобына жатқызады.

Микроорганизмдердің ерекше тобы – олиготрофтар. Олар органикалық заттардың колнцентрациясы аз ортада өмір сүреді. Қоректік заттың жоғарғы концентрациясын талап ететін организмдерді копиотрофтарға жатқызады.

в) Қоретктік орталарды жасау принциптері. Микроорганизмдерді лабораториялық және өндірістік жағдайда өсіру үшін жасанды қоректік орталар дайындалады. Микроорганизмдерді зертету барысында, көбінесе, синтетикалық (құрамы жағынан қарапайым) орталар пайдаланылады. Синтеикалық орта деп белгілі бір химиялық қоспалардан тұратын орталарды атайды. Бұл орталардың негізін минералды заттар құрайды. Мигнералдардың негіздеріне энергия, көміртегі, азот көздерін қосып, күрделілігі әр түрлі қоректік орталарды дайындауға болады.

Тығыздығына (консистенциясына) байланысты қоректік орталар сұйық, жартылай сұйық, тығыз болып бөлінеді. Қоректік орталарды қатайту үшін ерекше заттар қосады, мысалы, желатин қосқанда желе тектес тығыз орта пайда болады.Оның балқу температурасы өте төмен (22-25 ⁰С) және оны көптеген микроорганизмдер еріте алатындықтан, оны практикада сирек қолданады. Қатты қоректік орта жасау үшін кеңінен пайдаланылатын зат- агар-агар, оны бактериологиялық практикаға Р.Гессе ендірген (1883). Агар-агар теңіз балдырларынан дайындалады, құрамы күрделі полисахаридтерден тұрады, 100 ⁰С температурада балқиды, 45 ⁰С -де өзінің сұйық күйін сақтап қалады, ал 40 ⁰С –де қатады. Оны бактериялардың сирек түрлері ғана еріте алады. Қатты қоректік орта дайындау үшін 2,0-2,5% мөлшерде агарды қосады.

Пайдалану мақсатына қарай қоректік орталар 4 негізгі топқа бөлінеді:

1) әмбебап не универсальды;

2)арнайы;

3) таңдамалы (элективті);

4) дифференциалды- диагностикалық

Әмбебап қоректік орта. Бұл орталарда хемогетерофты, арнайы органикалық заттарды қажет етпейтін микроорганизмдердің көптеген түрлері өседі. Бұл орталарға бактериялар жақсы өсетін ет-пептонд сорпасы және ашытқы саңырауқұлақтарға лайықты сусло жатады.

Арнайы орта. Ерекше органикалық заттарды қажет ететін және әмбебап ортада өспейтін хемоорганотрофты микроорганизмдерді өсіретін орта. Мысалы, спирохеталарға көмірсутегі мен аминқышқылдардан басқа, ұзын тізбекті майлы қышқылдар қажет. Олар қан сарысуы құрамына кіреді. Сондықтан спирохеталарға арналған қоректік ортаға қан не қан сарысуын қосады. Алк ейбір теңіздерде тіршілік ететін бактериялар, мысалы, Marinomonas (Мариномонас) туысына жататындар, теңіз суына қажетті болады.

Элективті немесе таңдамалы орта. Бұл орта табиғи субстраттардан (топырақ, су, тағамдардан, өсімдік пен жануарлардан) микроорганизмдердің жеке топтарын бөліп алуға арналған. Оларды микробиологияға С.И. Виноградский енгізді. Элективті деп микроорганизмдердің белгілі бір тобының немесе түрінің өсуіне қажетті құрамы ерекше қоректік орталарды атайды. Элективті ортаны жасау барысында микроорганизмдердің физиологиясын және зат алмасуын, олардың қоректік зат көзіне талғамын, ортаның қышқылдылығын, оттектік мөлшерін, температураны және т.б. жағдайлардф ескеру қажет. Элективті орта бөліп алынатын микроорганизмдер үшін әрқашан қолайлы бола бермейді, сонда да, бөгде микроорганизмдермен салыстырғанда олар жақсы өседі.

Дифференциальды- диагностикалық орталар. Бұл орталарды жалпы микробиологияда әр түрлі субстраттардан бөліп алынған бактериялардың физиологиялық- биохимиялық қасиеттерін анықтап, оларды жіктеу үшін пайдаланады. Ал медициналық және ветеринарлық микробиологияда оларды ауруларды қоздыратын бактерияларды анықтау үшін қолданады. Бұл орталар бактериялардың белгілі бір ферменттерінің, мысалы, каталаза, оксидаза, протеаза, фосфотаза, желатиназа және гемолитикалық ферменттердің бар-жоғын анықтау үшін қажет. Оған қоса, дифференциалды- диагностикалық орталар бактериялардың энергия көзі ретінде қандай заттарды қай жолмен пайдаланылатынын анықтауға мүмкіндік береді.

г) Қоректік орталарды залалсыздандыру

Микроорганизмдерді өсіруге арналған қоректік орталарда басқа микроорганизмдердің тірі клеткалары және олардың споралары мүлде болмау керек. Бөгде микроорганизмдерді жою үшін арнайы залаласыздандыру әдістерін қолданады. Бұл мақсатта,, көбінесе, жоғары температураның әсерін пайдаланады. Температура микробтардың өсуіне лайықты деңгейінен жоғарылаған сайын, оның әсері күшейе түсетіндігі бұрыннан белгілі. Температураның әсерін микроорганизмдер популяциясының белгілі бір бөлігін жою үшін қажетті уақытпен сипаттайды.

Микробтардың санын он есе кемітетін уақытты децималды кему деп атап, Д әрпімен белгіледі. Температура жоғарылаған сайын, клетка санының он есе кему уақыты (Д) қысқара түседі.

Температураның әсері клетка санына және олардың популяциясында қызуға тұрақты клеткалардың болуына да байланысты. Клеткалардың жалпы саны және қыздыруға тұрақты клеткалардың саны неғұрлым жоғары болса, температура соғұрлым жоғары болу керек. Сондықтан практикада қайнау температурадан жоғары температураны пайдаланады. Жоғары температураның әсеріне негізделген залалсыздандырудың екі әдісі белгілі: 1) ылғалды қыздыру; 2) құрғақ қыздыру. Бірінші әдісте залалсыздандырушы құрылғы- автоклавты пайдаланады. Автоклавта қаныққан будың қысымы арқылы температура 100⁰ С-ден асырылып (121 ⁰С немесе 130⁰С), тұрақты жағдайда қажетті уақытта ұсталады. Екінші әдісте температураны 200-300 ⁰С-ге дейін көтеріп, оны ұзақ уақыт бойы тұрақты ұстайтын кептіргіш шкафты пайдаланады. Бұл әдіспен ыдыстарды, сүзгіштерді залалсыздандырады. Қай әдісті қолданса да, әр уақытта температураны және залалсыздандырудың толық өткендігін қадағалап отыру қажет.

Микроорганизмдердің әр түрлі факторларға әсері Сыртқы орта жағдайларының микроорганиздердің тіршілігінде маңызы зор.Микрорганизмдер қалыпты тіршілік ету үшін сыртқы ортадан клетка құрамындағы барлық химиялық элементерді қажетті мөлшерде алып отыруы керек. Олардың ішінде органогендер- азот, оттегі және сутегі көп мөлшерде болу керек.

Автотрофтар және гетеротрофтар. Сапрофиттер, олиготрофтар, копиотрофтар, паразиттер.

Микрорганизмдерді лабораториялық және өндірістік жағдайда өсіру үшін жасанды қоректік орталар дайындалады. Синтетикалық орталар – химиялық қоспалардан тұрады. Синтетикалық және жартылай синтетикалық орталар.

Микрорганизмдерді лабораториялық және өндірістік жағдайда өсіру үшін жасанды қоректік орталар дайындалады және залалсыздандыру әдістерін қолданады. Бірінші әдісте –автоклавты пайдаланады. Екінші әдісте –температураны 200-300 градуста – кептіргіш шкафты пайдаланады.

Бақылау сұрақтары:

1. Қоректік орталарды жасау принциптері

2. Қоректік орталардың түрлері

3. Залалсыздандыру әдістерін сипаттаңыз?

Негізгі әдебиеттер: