Условия культивирования бактерий

Для роста бактерий, кроме состава питательной среды, имеют значение кислотность среды, аэрация, температура, свет и влажность. Большинство бактерий растет при рН - 6.8-8,0, то есть в нейтральной среде. Поддержание нейтрального значения рН, особенно важно для кислотопродуцирующих бактерий. В процессе промышленного культивирования бактерий в больших объемах, рН среды регулируется автоматически добавлением растворов бикарбоната натрия или щелочей.

Газовый состав среды также важен для бактерий. Значительная часть из них нуждается в постоянном притоке молекулярного кислорода. Такие микроорганизмы объединены в группу облигатных аэробов. Меньшая часть бактерий - облигатные анаэробы – способны развиваться только в отсутствии кислорода. Однако, большинство бактерий – факультативные анаэробы, они растут как в присутствии кислорода, так и без него. Для бактерий, культивируемых на плотных питательных средах или в небольших объемах жидких сред достаточно кислорода, присутствующего в атмосфере. Для культивирования бактерий – аэробов в промышленных масштабах требуется принудительная аэрация путем продувания кислорода в реактор или ферментёр с культурой, а для культивирования анаэробов - создание безкислородных условий. Для этого бактерии засевают уколом в столбик плотной питательной среды, помещают посевы в специальные приборы – анаэростаты, где газовая фаза представлена инертным газом или создан вакуум, а кислород из среды удаляют с помощью кипячения или химических методов. Для выделения чистых культур анаэробов используют среду Китта-Тароцци, а так же культивирование в стеклянных трубках по методу Виньяля-Вейона.

Большинство известных микроорганизмов относится к мезофилам, температурный оптимум для которых лежит в интервале 25-37⁰С. Термофилы способны расти при 45-90⁰С, а психрофилы остаются жизнеспособными при 5 - 10⁰ С. Отклонение температурного режима от оптимального неблагоприятно сказывается на жизнедеятельности бактерий. Поэтому культивирование их осуществляют в специальных шкафах – термостатах или термостатированных комнатах, где поддерживается оптимальная заданная температура.

Патогенные для человека бактерии объединены в порядок скотобактерий и для жизнедеятельности не нуждаются в освещении.

При культивировании бактерий в лабораторных и производственных условиях, для получения больших количеств биотехнологического продукта – вакцин, диагностикумов, биологически активных веществ, используют две различные технологические системы: постоянное или периодическое и непрерывное или проточное культивирование.

В первом случае размножение бактерий происходит в закрытом сосуде до тех пор, пока плотность клеточной популяции не достигнет критической концентрации и не будут исчерпаны запасы питательной среды, а продукты метаболизма не начнут проявлять токсические свойства. В такой культуре размно жение бактерий ограничено определенным числом популяций. В промышленных условиях часто используют второй вариант – проточное или непрерывное культивирование. При этом в реактор или ферментёр непрерывно при перемешивании поступает свежая питательная среда, а продукты метаболизма и накопившаяся бактериальная масса автоматически удаляются. Такое культивирование можно осуществлять в специальных аппаратах: хемостате и турбидостате, где необходимый объем питательной среды поступает автоматически, в зависимости от концентрации бактериальных клеток.

Изотоничность питательной среды зависит от содержания неорганических солей. Для большинства бактерий изотоничной считается среда, концентрация натрия хлорида в которой составляет 0,5-0,6 %.

Время выращивания (культивирования) бактерий зависит от времени очередного деления клеток данной популяции. Периоды генерации большинства патогенных бактерий составляют несколько (4-8) часов. Такие культуры формируются в течение 18-24 часов. Клетки некоторых видов бактерий делятся с большими временными интервалами, поэтому увеличение численности популяций таких культур происходит в течение длительного времени, например, лептоспиры вырастают за 8-10 сут, микобактерии туберкулеза – за 3-4 недели.

Дыхание бактерий

Для осуществления биологических синтезов помимо питательных веществ бактерии нуждаются в определенном количестве энергии. Универсальным аккумулятором химической энергии в клетке является аденозинтрифосфорная кислота (АТФ), которая образуется в результате дыхания, биологического окисления, основанного на окислительно-восстановительных реакциях или брожении. Молекулы АТФ синтезируются в результате переноса электрона от первичного донора к конечному акцептору. Конечным акцептором электронов, чаще всего, выступает молекулярный кислород, О₂, и тогда осуществляется аэробное дыхание. Если в качестве акцептора электронов выступают неорганические соединения (NO₂, SO₄, SO₃), возникает анаэробное дыхание.

В том случае, когда продукты органического субстрата служат одновременно и донорами и акцепторами водорода, метаболический процесс называется брожением (ферментацией).

ДЫХАНИЕ БАКТЕРИЙ

ТИПЫ ФЕРМЕНТЫ

АЭРОБЫ АНАЭРОБЫ

ОКСИДОРЕДУКТАЗЫ