Стерилизация и химический состав бактерий

 

СОДЕРЖАНИЕ

            Введение………………………………………………….3

1. Химический состав бактерий…………………………………5                                              
2. Стерилизация…………………………………………………..8                                                                          

Список литературы……………………………………………...12

     

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

ВВЕДЕНИЕ

          Микробиология (от греч. micros- малый, bios- жизнь, logos- учение, т.е. учение о малых формах жизни) - наука, изучающая организмы, неразличимые (невидимые) невооруженным какой- либо оптикой глазом, которые за свои микроскопические размеры называют микроорганизмы (микробы).

 Предметом  изучения микробиологии является  их морфология, физиология, генетика, систематика, экология и взаимоотношения  с другими формами жизни.

 В таксономическом  отношении микроорганизмы очень  разнообразны. Они включают прионы, вирусы, бактерии, водоросли, грибы, простейшие и даже микроскопические многоклеточные животные.

 По наличию  и строению клеток вся живая  природа может быть разделена  на прокариоты (не имеющие истинного  ядра), эукариоты (имеющие ядро) и  не имеющие клеточного строения  формы жизни. Последние для  своего существования нуждаются  в клетках, т.е. являются внутриклеточными  формами жизни (рис.1).

 По уровню  организации геномов, наличию  и составу белоксинтезирующих  систем и клеточной стенки  все живое делят на 4 царства  жизни: эукариоты, эубактерии, архебактерии, вирусы и плазмиды.

 К прокариотам, объединяющим эубактерии и архебактерии, относят бактерии, низшие (сине- зеленые) водоросли, спирохеты, актиномицеты, архебактерии, риккетсии, хламидии, микоплазмы. Простейшие, дрожжи и нитчатые грибы-эукариоты.

 Микроорганизмы-это невидимые простым глазом представители всех царств жизни. Они занимают низшие (наиболее древние) ступени эволюции, но играют важнейшую роль в экономике, круговороте веществ в природе, в нормальном существовании и патологии растений, животных, человека.

 

4

 Микроорганизмы  заселяли Землю еще 3- 4 млрд. лет  назад, задолго до появления  высших растений и животных. Микробы  представляют самую многочисленную  и разнообразную группу живых  существ. Микроорганизмы чрезвычайно широко распространены в природе и являются единственными формами живой материи, заселяющими любые, самые разнообразные субстраты (среды обитания), включая и более высокоорганизованные организмы животного и растительного мира.

 Можно  сказать, что без микроорганизмов  жизнь в ее современных формах  была бы просто невозможна.

 Микроорганизмы  создали атмосферу, осуществляют  кругоборот веществ и энергии в природе, расщепление органических соединений и синтез белка, способствуют плодородию почв, образованию нефти и каменного угля, выветриванию горных пород, многим другим природным явлениям.

 С помощью  микроорганизмов осуществляются  важные производственные процессы - хлебопечение, виноделие и пивоварение,  производство органических кислот, ферментов, пищевых белков, гормонов, антибиотиков и других лекарственных  препаратов.

 Микроорганизмы  как никакая другая форма жизни  испытывает воздействие разнообразных  природных и антропических (связанных с деятельностю людей) факторов, что, с учетом их короткого срока жизни и высокой скорости размножения, способствует их быстрому эволюционированию.

 

 

 

 

 

 

5

ХИМИЧЕСКИЙ  СОСТАВ БАКТЕРИЙ

   

          Важнейшими элементами являются органогены (углерод, водород, кислород, азот), которые используются для построения сложных органических веществ: белков, углеводов и липидов. Микроорганизмы содержат также зольные или минеральные элементы. Большая часть их химически связана с органическими веществами, остальные присутствуют в клетке в виде солей.

В количественном отношении самым значительным компонентом  клетки является вода, которая составляет 75 - 85%; на долю сухого вещества, которое  состоит из органических (белки, нуклеиновые  кислоты, углеводы, липиды) и минеральных  соединений, приходится 15-25%.

Вода. Значение воды в жизнедеятельности клетки велико. Все вещества поступают в  клетку с водой, с ней же удаляются  продукты обмена. Вода в микробной  клетке находится в свободном  состоянии как самостоятельное  соединение, но большая часть ее связана с различными химическими  компонентами клетки (белками, углеводами, липидами) и входит в состав клеточных  структур. Свободная вода принимает  участие в химических реакциях, протекающих  в клетке, является растворителем  различных химических соединений, а  также служит дисперсной средой для  коллоидов. Содержание свободной воды в клетке может изменяться в зависимости  от условий внешней среды, физиологического состояния клетки, ее возраста. Так, у споровых форм бактерий значительно  меньше воды, чем у вегетативных клеток. Наибольшее количество воды отмечается у капсульных бактерий. Белки (50-80% сухого вещества) определяют важнейшие биологические  свойства микроорганизмов. Это простые  белки - протеины и сложные - протеиды. Большое значение в жизнедеятельности  клетки имеют нуклеопротеиды - соединение белка с нуклеиновыми кислотами (ДНК и РНК). Кроме нуклеопротеидов, в микробной клетке содержатся в  незначительных количествах липопротеиды, гликопротеиды, хромопротеиды.

6

Белки распределены в цитоплазме, нуклеоиде, они входят в состав структуры клеточной стенки. К белкам принадлежат ферменты, многие токсины (яды микроорганизмов). Видовая специфичность микроорганизмов зависит от количественного и качественного состава белковых веществ. Нуклеиновые кислоты в микробной клетке выполняют те же функции, что и в клетках животного происхождения. ДНК содержится в ядре (нуклеоиде) и обусловливает генетические свойства микроорганизмов. РНК принимает участие в биосинтезе клеточных белков, содержится в ядре и цитоплазме. Общее количество нуклеиновых кислот колеблется от 10 до 30% сухого вещества микробной клетки и зависит от ее вида и возраста.

Углеводы (12-18% сухого вещества) используются микробной  клеткой в качестве источника  энергии и углерода. Из них состоят  многие структурные компоненты клетки (клеточная оболочка, капсула и  другие). Углеводы входят также в  состав тейхоевой кислоты, характерной для грамположительных бактерий. Клетки микроорганизмов содержат простые (моно- и дисахариды) и высокомолекулярные (полисахариды) углеводы. У ряда бактерий могут быть включения, по химическому составу напоминающие гликоген и крахмал, они играют роль запасных питательных веществ в клетке. Углеводный состав различен у разных видов микроорганизмов и зависит от их возраста и условий развития. Липиды (0,2-40% сухого вещества) являются необходимыми компонентами цитоплазматической мембраны и клеточной стенки, они участвуют в энергетическом обмене. В некоторых микробных клетках липиды выполняют роль запасных веществ.

Липиды состоят  в основном из нейтральных жиров, жирных кислот, фосфолипидов. Общее количество их зависит от возраста и вида микроорганизма. Например, у микобактерий туберкулеза количество липидов достигает 40%, что обусловливает устойчивость этих бактерий к воздействию факторов внешней среды.

 

7

В клетках  микроорганизмов липиды могут быть связаны с углеводами и белками, составляя сложный комплекс, определяющий токсические свойства микроорганизмов. Минеральные вещества - фосфор, натрий, калий, магний, сера, железо, хлор и другие - в среднем составляют 2-14% сухого вещества.

 

Фосфор входит в состав нуклеиновых кислот, фосфолипидов, многих ферментов, а также АТФ (аденозинтрифосфорной кислоты), которая является аккумулятором энергии в клетке. Натрий участвует в поддержании осмотического давления в клетке. Железо содержится в дыхательных ферментах. Магний входит в состав рибонуклеата магния, который локализован на поверхности грамположительных бактерий.

 Для развития  микроорганизмов необходимы микроэлементы,  содержащиеся в клетке в очень  малых количествах. К ним относят  кобальт, марганец, медь, хром, цинк, молибден и многие другие. Микроэлементы  участвуют в синтезе некоторых  ферментов и активируют их. Соотношение  отдельных химических элементов  в микробной клетке может колебаться  в зависимости от вида микроорганизма, состава питательной среды, характера  обмена и условий существования  во внешней среде.

 

 

 

 

 

 

 

8

СТЕРИЛИЗАЦИЯ

           Стерилизация — обработка объектов, при которой достигается полное уничтожение всех микроорганизмов. В результате стерилизации объект становится свободным как от патогенных, так и от сапрофитных микробов. Существуют различные методы и способы стерилизации, в основе которых лежит действие физических или химических факторов. Критерием гибели микроорганизмов является необратимая утрата способности к размножению, что можно оценить путем количественного подсчета числа колоний после высева смывов на чашки с питательными средами.

Наиболее  широко применяют методы тепловой стерилизации: кипячением, сухим жаром в атмосфере  горячего воздуха или влажным  жаром при помощи пара, а также  прокаливанием предметов в огне.

Прокаливание  на огне — надежный метод стерилизации бактериологических петель, металлических  и стеклянных предметов. Однако применяется  ограниченно ввиду их порчи.

Стерилизация  сухим жаром или горячим воздухом производится в сушильных шкафах или печах Пастера при температуре 160—170°С в течение 1—1,5 ч по достижении заданной температуры. Этим методом стерилизуют лабораторную посуду, инструменты, минеральные масла , вазелин. Жидкости и резину сухим жаром стерилизовать нельзя. Предметы, подлежащие стерилизации, заворачивают в бумагу или закладывают в металлические пеналы для предохранения от последующего загрязнения. Необходимо помнить, что при темпера-, туре выше 170°С начинается обугливание бумаги, ваты, марли, а при более низкой температуре не происходит гибели спор.

Стерилизация  кипячением в течение 30 мин убивает  вегетативные формы микробов. Споры  многих бактерий при этом сохраняются, выдерживая кипячение в течение  нескольких часов. Для уничтожения  вирусов — возбудителей болезни  Боткина необходимо кипячение в  течение 45—60 мин. Кипячению в специальных

9

стерилизаторах подвергают шприцы, хирургические инструменты, иглы, резиновые трубки. Для повышения точки кипения и устранения жесткости воды добавляют 2% гидрокарбоната натрия.

Стерилизация  насыщенным паром под давлением (автоклавирование) является наиболее надежным и быстрым методом стерилизации. Обеспложивание достигается воздействием пара, температура которого под давлением выше, чем температура кипящей воды: при давлении 0,5 атм 112°С, при 1 атм. 121 °С , при 1,5 атм 127°С и при 2 атм 134°С.

Стерилизацию  производят в автоклаве. Он представляет собой двухстенный металлический котел, покрытый снаружи кожухом и имеющий герметически закрывающуюся крышку. В современных горизонтальных автоклавах под рабочим котлом находится бачок с водомерным стеклом и электронагревательными элементами, куда наливают воду до определенной метки на водомерном стекле. Вода нагревается и образующийся при этом пар по специальному патрубку, соединенному с котлом автоклава, поступает в рабочую камеру котла. Пар постепенно вытесняет из рабочей камеры воздух, который выходит наружу через специальный выпускной кран. После того как воздух будет полностью вытеснен из рабочей камеры паром и из выпускного клапана пойдет насыщенный «сухой пар», крышку герметически закрывают. Пар доводят до нужного для стерилизации давления, которое определяют по имеющемуся на автоклаве манометру, и проводят стерилизацию в течение 20 мин. По окончании стерилизации автоклав отключают, ждут, пока давление не снизится до нуля, выпускают постепенно пар и открывают автоклав. Для контроля надежности работы автоклава и режима стерилизации применяют физические, химические методы и бактериологические тест-объекты. В автоклаве обычно стерилизуют при давлении 1 — 1,5 атм различные питательные среды, растворы, белье, резину, перевязочный материал и др. При давлении 2 атм обеззараживают инфицированный материал и отработанные культуры микробов. Стерилизация в автоклаве таких веществ, как вазелин, масло, песок, малоэффективна вследствие того, что в них пар проникает

10

плохо или  совсем не проникает. Некоторые питательные  среды (например, содержащие сахара) нельзя стерилизовать паром под давлением, так как они карамелизуются, поэтому их подвергают дробной стерилизации текучим паром.

Стерилизация  текучим паром проводится в аппарате Коха или в автоклаве при не завинченной крышке и открытом выпускном  кране. На дно аппарата Коха наливают воду и нагревают до 100°С. Образующийся пар движется вверх через заложенный материал и стерилизует его. Так как однократное действие паров воды не убивает споры, применяют дробную стерилизацию — 3 дня подряд по 30 мин. Споры, не погибшие при первом прогревании, прорастают до следующего дня в вегетативные формы и погибают при втором и третьем прогревания.

Для веществ, разрушающихся при 100°С (например, жидкости содержащие белок), применяют другой вид дробной стерилизации — тиндализацию. Стерилизуемое вещество прогревают на водяной бане по 1 ч при 56— 60°С в течение 5—6 дней. Для освобождения от вегетативных форм микробов прибегают к пастеризации — однократному прогреванию при 70°С в течение 30 мин с последующим быстрым охлаждением и хранением на холоду, чтобы не проросли споры. Этот метод применяют для обеззараживания и сохранения молока.

Стерилизация  фильтрованием (холодная стерилизация) через бактериальные фильтры  применяется для освобождения жидкостей  от бактерий. Этот метод используют в тех случаях, когда стерилизующая  жидкость портится от нагревания, при  необходимости отделения бактериальных  клеток от растворимых продуктов  их жизнедеятельности (экзотоксины, антибиотики  и др.), фагов, вирусов. Бактериальные  фильтры изготовляют из фарфора, каолина, мелко пористого стекла пирекс, асбеста, целлюлозы, нитроклетчатки и других мелкопористых материалов. В механизме стерилизации фильтрованием играют роль размер пор и адсорбция микробов на стенках пор фильтров. Фильтры имеют форму свечей (Шамберлана, Беркефельда) или пластинок из асбеста, нитроцеллюлозы (мембранные фильтры), которые вкладывают в специальные фильтровальные приборы (аппарат Зейтца,

11

прибор Рублевской водопроводной станции). Перед работой их стерилизуют. Фильтрацию производят с разрежением воздуха внутри сосуда-приемника.

Химическая  стерилизация применяется в том  случае, если объекты нельзя автоклавировать. Обычно это питательные среды, содержащие термолабильные вещества. Химическое вещество должно быть не только токсичным, но и летучим для быстрого исчезновения из простерилизованного объекта. Наилучшим является окись этилена — жидкость кипящая при 10,7°С. Окись этилена в жидком виде добавляют в раствор при температуре от 0 до 4°С в конечной концентрации 0,5—1%. При температуре выше точки кипения окись этилена используют как стерилизующий газ, для стерилизации сложной медицинской аппаратуры. Окись этилена губительно действует на вегетативные и споровые формы бактерий. Ее используют в промышленности для стерилизации пластмассовых чашек Петри и других предметов, которые плавятся при температуре выше 100°С. Применение окиси этилена ограничено, так как вещество токсично, нестойко, взрывоопасно.