מיקרוביולוגיה - נרחבת מדע מודרנישלומד ביוכימי ו תכונות גשמיות, מורפולוגיה וטקסונומיה של חיידקים. עולם הפרוקריוטים עשיר במספר עצום סוגים שונים. כדי ללמוד את כל הפרמטרים של מיקרואורגניזמים אלה, מתבצעת עבודה עם התרבויות שלהם על מדיה תזונתית מיוחדת בתנאים סטריליים. התכונות התרבותיות של חיידקים הן אחת מהן הדרכים החשובות ביותרהגדרה וחקר פרוקריוטים.

בַּקטֶרִיָה?

זה לא סוד שפרוקריוטים הם כאלה אורגניזמים חד תאיים. הם מתרבים בקלות ובמהירות, ומכפילים את מספרם, לפי דיווחים מסוימים, כל 20-30 דקות. קל לנחש שאנו עומדים בפני צמיחת התרבות.

מושבה היא צאצא של תא בודד, צבירה גלויה כמות עצומהמיקרואורגניזמים במצע תזונתי. לפי גודל המושבה, צבעה ואחרים תכונות מורפולוגיותבמעבדה נקבעים תכונות התרבות של חיידקים.

כדי ללמוד את הפרמטרים של הצטברות נפרדת של תאים פרוקריוטים, נעשה שימוש במדיום מזין מיוחד. על זה, מיקרואורגניזמים מסוגלים להתרבות במהירות, שכן הרכב כולל חומרים חשובים לחילוף החומרים של חיידקים. כתוצאה מכך, לאחר 4-5 ימים (מרווח הזמן עשוי להשתנות), מופיעים סימנים בולטים על צלחת הפטרי. נקודות גלויותאיתם לעבוד.

דגימת חיידקים המתקבלת מכל תווך מדוללת מראש כדי להפחית את מספר החיידקים ליחידת נפח. הליך זה מבוצע לעבודה נוחה בעתיד, מכיוון שעם זריעה מוגזמת של מיקרואורגניזמים, המדיום התזונתי יכול להיות מכוסה בשכבה רציפה של מושבות (מה שנקרא "מדשאה"). אז בקושי ניתן להבחין בין נקודות בודדות, והליכים רבים הופכים בלתי אפשריים לביצוע.

הרעיון של תכונות תרבותיות של חיידקים

כיצד מתבצע הניתוח של מושבות של מיקרואורגניזמים? אילו פרמטרים יש לקחת בחשבון במחקר?

אפיון מושבה של חיידקים על מצע תזונתי מורכב על פי מספר קריטריונים. אלה כוללים מורפולוגיים, ביוכימיים, תכונות פיזיולוגיותמיקרואורגניזמים, וכל הפרמטרים הללו נקבעים במעבדה בשלבים. לדוגמה, הבדלים חזותייםניתן לרשום מושבות של חיידק זה מיד לאחר גידולן. שאר הסימנים כבר נלמדים בעזרת ציוד מיוחד (מיקרוסקופ) או שיטות מסוימות לעבודה עם חומרים-מנתחים של מטבוליטים, פיגמנטים, אנזימים ומוצרי פסולת אחרים של פרוקריוטים.

כמה תכונות תרבותיות של חיידקים מובאות להלן.

1. גודל המושבה. זה יכול להיות קטן מאוד, קטן, בינוני וגדול. הקוטר נמדד במילימטרים ויכול לנוע בין 0.1 ל-5 או יותר. מושבות בקוטר של פחות מ-1 מ"מ נקראות נקודתיות.

2. צבע, כמו גם היכולת לשחרר פיגמנט צביעה לסביבה.

3. משטח. כאן נקבע אם הוא חלק, מחוספס, גבשושי או מקופל לחלוטין.

4. פרופיל המושבה: בצורת מכתש, קמור, קונוס או פשוט שטוח.

5. מבנה המושבה. זה יכול להיות הומוגני, מפוספס, גס או עדין.

6. מאפיינים אופטיים: שקוף, שקוף, אטום, ניאון, מט או מבריק;

7. עקביות. המושבה עשויה להיות צמיגה או נוזלית, דביקה או סרטנית, שמנונית או שבירה.

8. קצה המושבה: חלק, אונות, קנה שורש, גלי, משונן וכו'.

אם מתבצעת עבודה עם קבוצות קטנות של תאים, נעשה שימוש במיקרוסקופ. עם עלייה קטנה, אתה יכול לראות את קצה המושבה, ואת הפרופיל שלה, ואת פני השטח. תכונות מסוימות נבדקות באמצעות חומרים כימיים. ניתן למצוא את העקביות על ידי נגיעה במושבה עם לולאה או פיפטה מעוקרת. כך נקבעות התכונות התרבותיות והביוכימיות של חיידקים.

מדיום תזונתי

על מנת שחיידקים יתרבו באופן פעיל בתנאי מעבדה, הם משמשים. הם יכולים להיות ממקור צמחי או בעלי חיים, ובעקביות - מוצק או נוזלי. פרמטרים חשוביםבייצור של תערובות כאלה היא חומציות קבועה, לחץ אוסמוטי, וכמובן, נוכחות של אנזימים, ויטמינים, אלמנטים מיקרו ומקרו. אל תשכח את מקורות הפחמן, החנקן והמימן.

המדיום התזונתי חייב להיות שקוף או שקוף, כך שניתן יהיה לקבוע את תכונות התרבות של חיידקים ללא שגיאות. אגר משמש לרוב כחומר המוצא לייצור מדיה כזו. זה יכול להיות במצב נוזלי (מותך), אבל בעיקר הוא נמזג מיד לצלחת פטרי ומתמצק.

חומרי הזנה נוזליים משמשים גם במעבדה, אך בשל מצב הצבירה של הפיזיולוגיה של מיקרואורגניזמים, התכונות התרבותיות של חיידקים נחקרות קצת אחרת. כאן יש חשיבות לפרמטרים כמו מידת עכירות המים, פני השטח, קרוב לקיר או קרוב לתחתית. משקעים גרגירים, הומוגניים או בצורת פתיתים, וסימנים אחרים שניתן לראות רק במדיום נוזלי.

כלים לעבודה

מניפולציות דורשות שימוש במכשירי מעבדה מעוקרים. זריעה וחקר התכונות התרבותיות של מיקרואורגניזמים דורשת נוכחות של לולאה חיידקית או פיפטת פסטר. שני המכשירים חייבים להיות מעוקרים בלהבה של מנורת אלכוהול, ויש לנתק את קצה הפיפטה לפני כן.

מכשירים פשוטים אלה יעזרו בעבודה עם גידולים במעבדה הן על מצע תזונתי מוצק והן בנוזל.

3 שלבים לבידוד מושבות מבודדות

חומר המוצא מכיל בדרך כלל תערובת של חיידקים שונים. בידוד של מושבות מבודדות קבוצה נדרשתתאים הוא תהליך קפדני ותובעני. זה מחולק על תנאי לשלושה שלבים:

1. בידוד התרבות המצטברת של חיידקים, ביניהם זו שאנו צריכים למחקר.

2. בידוד מושבות טהורות מבודדות בשיטות סלקטיביות מיוחדות.

3. טיפוח ורבייה של תאי חיידקים, עבודה איתם.

כמובן שכדי "לחלץ" את החיידקים הדרושים יש לחפש מקומות בריכוז הגבוה ביותר שלהם בסביבה החיצונית, ובמקרה של פרוקריוטים פתוגניים או אופורטוניסטיים, ניתן להשתמש לחלוטין בשיטת המחקר הביולוגית. המהות של האחרון טמונה בעובדה שנבחר אורגניזם רגיש לחיידק זה. הוא מתרבה בחיית הניסוי, וכתוצאה מכך ניתן למצוא בדגימת הדם תאים פרוקריוטיים רבים הנחוצים לעבודה.

בידוד של מושבות מבודדות

ניתן לחקור את התכונות התרבותיות של חיידקים רק במושבות מבודדות וטהורות. להשיג אותם מכמה עשרות מינים זריםחיידקים על צלחת פטרי, השתמשו בשיטת קוך. המהות שלו טמונה בעובדה שהחיידקים הרצויים מונחים על 3 כוסות שונות וללא מיקרואורגניזמים עם תווך מזין. יתר על כן, זה נעשה עם אותה לולאה או פיפטה על פי העיקרון השיורי, כלומר, לא מגרדים תאי חיידקים נוספים לאחר שהכוס הראשונה והשנייה מועברות דרך המצע התזונתי. אז כבר בשלישי, מספר החיידקים יפחת וניתן יהיה למצוא בקלות את המושבה הרצויה למחקר.

מאפיינים תרבותיים - יסודות המיקרוביולוגיה

חקר תאי חיידקים מתחיל תמיד בניתוח המושבה שלהם. לפי רשימה מסוימת של פרמטרים, מתוארת קבוצת מיקרואורגניזמים על צלחת פטרי, ולאחר מכן מבצעים מריחה קבועה ומכינים את התכשיר בצורה זו. הוא נבדק במיקרוסקופ וכבר מתוארים התאים הבודדים של המושבה. שתי הפעולות נחוצות כדי לזהות חיידקים: פתוגניים או לא, אליהם קבוצה שיטתיתלהתייחס וכו'.

היכן ניתן למצוא חיידקים?

כמעט בכל מקום. הם חיים גם באוויר וגם בפנים קרום כדור הארץ, גם במים וגם בכאלה מצבים קיצונייםכמו גייזרים, הרי געש או, להיפך, קרחונים ארקטיים. מיליארדי חיידקים נמצאים אצלנו גוף האדם, וביניהם יש מינים מועילים ופתוגניים כאחד.

ספוגית מכל משטח, אם היא לא עברה עיקור בעבר, תיתן מספר סוגים שונים של מושבות על צלחת פטרי. אם תא חיידק נובט או לא תלוי בהרכב המצע התזונתי, המשמש לעתים קרובות בעת גידול המיקרואורגניזמים הדרושים. לפיכך, נערכת מראש סביבה אלקטורלית, שבה בלבד סוגים מסוימיםבַּקטֶרִיָה.

לשיטתיות או זיהוי, נעשה שימוש פעיל בתכונות התרבותיות של חיידקים. מיקרוביולוגיה מתמודדת לעיתים קרובות עם בעיות כמו זריעה וגידול מושבות, דגימתן, עיקור ציוד ועבודה קפדנית על להבת מנורת אלכוהול.

סיכום

במעבדות ביולוגיות רבות מתבצע מחקר של תאי חיידקים ממקורות שונים. זה ו מרכזי אבחון, ואיגודים מדעיים. תכונות תרבותיות של חיידקים היא אחת הדרכים לזהות מיקרואורגניזמים, מה שעוזר בעבודה עם "קוקטיילים" של סוגים שונים של פרוקריוטים. כמו כן, הידיעה לאיזו קבוצה שיטתית שייך תא מסוים מאפשרת שוב פעםלבדוק את נכונות מהלך הלימוד של החומר המשמש.

התיישבות חיידקים -התיישבות האזור ויצירת קהילה מיקרוביאלית.

בתנאי מעבדה, קולוניזציה היא גידול של חיידקים בצורה של מושבות (תצורות מעוגלות נפרדות על מדיות תזונתיות צפופות (PPS).

בתנאים טבעיים, גידול חיידקים מתרחש בצורה של ביופילמים (צמיחה על פני השטח של PPS).

מבחינת קצב הרבייה שלהם, החיידקים עולים על כל שאר האורגניזמים. בתנאים נוחים, חיידקים יכולים להתחלק כל 20 דקות וליצור מושבות ענקיות.

עם חוסר בחומרים מזינים, הצמיחה של מושבה של חיידקים נעצרת. חיידקים רבים בו-זמנית מתחילים ליצור נבגים, המשמשים לשימור פרטים, ולא לרבייה. יצירת נבג, החיידק מייצר מאוד קליפה צפופה. נבגים מונעים מחיידקים להתייבש, מסוגלים לסבול נמוך או טמפרטורה גבוהה. נבגים יכולים להישאר ברי קיימא במשך מאות שנים.

49. תכונות המבנה והתפקודים של ביופילם חיידקי

כיום ידוע שרוב המיקרואורגניזמים בסביבות טבעיות שנוצרו באופן מלאכותי קיימים כקהילות מובנות, צמודות פני השטח - סרטי ביו.

ביופילם -קהילה מיקרוביאלית המאופיינת בתאים המחוברים למשטח או זה לזה, סגורים במטריצה ​​של חומרים פולימריים חוץ-תאיים המסונתזים על ידם

שלבי היווצרות ביופילם:

הידבקות הפיכה

הידבקות בלתי הפיכה (מתווכת קולטן) (אקסופוליסכרידים)

הבשלת ביופילם

ביטוי של גנים האחראים לסינתזה של מולקולות איתות:

Gr (+) - לקטונים אציל-הומוסרין,

גר(-)-פפטידים קצרי שרשרת

הרכב המטריצה: פוליסכרידים של המיקרואורגניזם ופוליסכרידים חומציים (מוצין - המיוצר על ידי המאקרואורגניזם),

תופעת האינטראקציה בין חיידקים נקראת " חישת מנייןאו "חוש מניין

QS-שפת תקשורת חיידקית

(יצירת ביופילמים, פתוגניות, סינתזה של אנטיביוטיקה)

ייצור גורמי פתוגניות אקסוגניים על ידי חיידקים בביופילמים מתרחש רק כאשר הם מגיעים למסה קריטית מסוימת של תאים חיידקיים, המספיקה כדי להתגבר על מנגנוני ההגנה של הגוף ולפתח בהצלחה את התהליך הזיהומי.

תפקידם של ביופילמים מיקרוביאליים בהתרחשות ובהתפתחות של מחלות נפוצות כגון:

זיהומים הקשורים לצנתור כלי דם שנגרמו על ידי Staphylococcus aureusומיקרואורגניזמים גרם חיוביים אחרים

זיהומים במסתמי הלב ובתותבות המפרק הנגרמות על ידי סטפילוקוקוס

פריודונטיטיס הנגרמת על ידי מספר מיקרואורגניזמים דרך הפה

זיהומים דרכי שתן, שקוראים לו E. colאניופתוגנים אחרים,

דלקות אוזן תיכונה, כגון hemophilus influenzae

היתרונות הסביבתיים של סרטי ביופילם

הקלת גישה לחומרים מזינים ושיתוף פעולה מטבולי

הגנה מפני השפעות סביבתיות שליליות

עמידות בפני חומרים אנטיבקטריאליים

עמידות לחומרים אנטיבקטריאליים:

אי הפעלה של אנטיביוטיקה על ידי פולימרים או אנזימים חוץ תאיים,

האטת חילוף החומרים ובהתאם לכך ירידה בקצב הגדילה של מיקרואורגניזמים בתנאים של הגבלת רכיבים תזונתיים בביופילם, עקב כך תרופה אנטיבקטריאליתמתפזר אל מחוץ לביופילם מהר יותר ממה שיש לו זמן לפעול עליהם,

ביטוי של גנים אפשריים של עמידות

הופעה בביופילם בהשפעת אנטיביוטיקה של מיקרואורגניזמים מתמשכים

אסטרטגיות להתגבר על התנגדות ולהילחם בביופילם:

מניעת זיהום ראשוני של השתל,

מזעור הידבקות ראשונית של תאים מיקרוביאליים,

פיתוח שיטות לחדירה של ביוצידים שונים דרך מטריצת הביופילם על מנת לדכא את הפעילות של תאים הקשורים לביופילם

הרס מטריצה

מושבה של חיידקים היא הצטברות מוגבלת של תאים חיידקיים, לרוב מאותו סוג, צורה, הנוצרים על פני השטח (או בפנים) של הרכבי תזונה. יש להם קריטריונים משלהם לקביעה ולרוב יכולים להוות רק קו מנחה משוער להערכתם.

קריטריונים כלליים לקביעת מושבות

המיקרוביולוגיה המודרנית משתמשת בקריטריונים הכלליים הבאים לקביעת אוכלוסיית חיידקים מסוימת, תוך הערכת המבנה שלה:

1. ערך. גידולים גדולים יכולים להיות בגודל של 6 מ"מ או יותר, וקטנים - פחות מ-1 מ"מ.
2. טופס. ככלל, הם מבחינים בין הנכון, כלומר, עגול, צורה, אליפסואיד, רוזטה, קנה שורש.
3. גִוּוּן. הסוגים השונים שלהם יכולים להיות לבנים או בעלי כל מיני צבעים.
4. שְׁקִיפוּת.
5. הֲקָלָה. יש שטוחים, פלנו-קמורים, בצורת כיפה עם אמצע מוגבה, עם רושם של הצורה.
6. משטח. זה יכול להיות חלק, מקומט, יבש, רירי, שביר, קמחי.

על פי כל התכונות הללו, כל קבוצות המיקרואורגניזמים כפופות למחקר מקיף. סימנים כאלה נראים בבירור בתמונות שצולמו באמצעות מיקרוסקופ אלקטרוניומכשירים אחרים.

למה משמשות מושבות?

הם משמשים בדרך כלל להשגת תרבויות טהורות. תרבות טהורה היא אוכלוסייה של מיקרואורגניזמים מאותו מין הגדלה תוך שימוש בסביבה נוחה. סוגים רבים של מיקרואורגניזמים נבדלים על ידי כמה תכונה ספציפית. הם משולבים לפי קריטריונים שונים לביוווארים (כלומר, גרסאות ביולוגיות). בתמונה שצולמה באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים, ניתן לזהות סוגים רבים של חיידקים:

• כימוברים הם גרסאות השונות במאפיינים ביוכימיים.
• Serovars - הם נבדלים על ידי בסיס גנטי.
• Fagovars שונים ב.

בצלחת פטרי אפשר גם לחסן על מצע מוצק. במקרה זה, החומר הביולוגי ממוקם ליד הקצוות שלו.

כיצד מתבצעת זריעה בצלחת פטרי?

בצלחת פטרי, החומר הדרוש להשגת תרבית מיושם עם לולאה, פיפטה או ספוגית ליד הקצה שלה. המרית נסחפת במהירות (על חשבון "זמנים") דרך הלהבה. בזהירות רבה, החומר הביולוגי מופץ על פני כל השטח של המנה.

בצלחת פטרי אפשר זריעה גם בהזרקה לעובי הרכב תזונתי. במקרה זה מתקבל אוסף טהור של חיידקים, וזה נראה בבירור בתמונה שצולמה באמצעות מיקרוסקופ.

במכשיר להשגת מושבות מחיידקים ניתן גם לחסן בעובי תמיסת התזונה.

דרכים אחרות להשיג מושבות חיידקים

אפשר לגדל מושבות של חיידקים לפי קוך. במקרה זה, החומר הדרוש לקביעה מדולל ברצף (ככלל, מספר הדילולים מגיע לארבעה). עַל צעד אחרוןרבייה במכשיר המשמש לדגירה של חיידקים, מופיעות קבוצות מבודדות של חיידקים, הנראות בבירור בתמונה. כל המושבות הללו מקורן מתא האם.

צורה דומה של הכנת זן משמשת כאשר החומר שהוכן לקביעה מדולל במבחנה באמצעות מרק מזין סטרילי. לכוס הראשונה מוסיפים טיפה אחת של חומר. הוא מופץ בכל כלי השיט. לאחר מכן זה מתבצע עם מרית סטרילית, והזריעה מתבצעת באותה צורה בכוס השנייה. צורת קיום זו של מושבות של מיקרואורגניזמים מאפשרת לך לקבל את הזנים הטהורים ביותר שלהם, הנראים בבירור בתמונה.

בידוד מושבות במכשירים מיוחדים

לפעמים, מכשירים מיוחדים משמשים כדי להשיג אגרגטים חיידקים טהורים. הם עושים את זה קל. במכשירים כאלה, אתה יכול ליצור הכל את התנאים הדרושיםלהתפתחותם.

המיקרומניפולטור הנפוץ ביותר. זהו מכשיר המאפשר לחלץ רק תא אחד מתרחיף באמצעות microloop. על במת המיקרוסקופ מותקן תא רטוב, בו מונח מכשיר "הטיפה התלויה". במכשיר כזה, הגדלים, הצורות שלהם נעשות למיקרון הקרוב ביותר. החוקר יכול לזהות בקלות את התאים, להעביר אותם למבחנה, שם כבר יש נוזל תזונתי סטרילי. זה יוצא נקי.

· המושבות הן חלקות, מבריקות, צורה קמורה קבועה;

· עם גידול במרק - עכירות אחידה;

לחיידקים תנועתיים יש דגלים;

לחיידקים קפסוליים יש קפסולה;

· פעיל ביוכימית;

· כואב;

・ מסופק בתדירות גבוהה יותר ב תקופה חריפהמחלות.

· מושבות צורה לא סדירה, מעונן, מחוספס;

· לגדול במרק בצורה של משקעים;

בחיידקים תנועתיים עלולים להיעדר דגלים;

ללא כמוסות;

· תכונות ביוכימיותבאים לידי ביטוי חלש;

רוב החיידקים פחות פתוגניים;

・בדרך כלל מבודד מ צורה כרוניתמחלות.

חיידקים פתוגניים נמצאים לעתים קרובות יותר בצורת S. יוצאים מן הכלל הם הגורמים הסיבתיים של שחפת, מגפה, גַחֶלֶת, שבה צורת ה-R היא פתוגנית.

שינויים המתרחשים ב תאים חיידקיים, עשוי להיות שונות פנוטיפית שאינה תורשתית ושונות גנוטיפית תורשתית.

> שונות פנוטיפית (שינוי)

שינוי של מיקרואורגניזמים מתרחש כתגובה של התא ל תנאים לא נוחיםהקיום שלה. זֶה תגובה אדפטיביתלגירויים חיצוניים. השינוי אינו מלווה בשינוי בגנוטיפ, ולכן השינויים שנוצרו בתא אינם עוברים בתורשה. כאשר מתאוששים תנאים אופטימלייםהשינויים שחלו אבדו. השינוי עשוי להדאיג נכסים שוניםמיקרואורגניזמים - מורפולוגיים, תרבותיים, ביוכימיים וכו'.

שינוי מורפולוגי מתבטא בשינויים בצורת ובגודל של חיידקים. לדוגמה, כאשר מוסיפים פניצילין למדיום תזונתי, התאים של חיידקים מסוימים מתארכים. היעדר מלחי סידן בסביבה גורם לנבגוניות מוגברת בבצילוס האנתרקס. בְּ ריכוז מוגברמלחי סידן, היכולת ליצור נבגים אובדת וכו'. עם צמיחה ממושכת של חיידקים באותו מדיום, נוצר פולימורפיזם עקב השפעת תוצרי הפעילות החיונית שלהם שנצברו בו.

שינוי תרבותי מורכב משינוי התכונות התרבותיות של חיידקים עם שינוי בהרכב המדיום התזונתי. לדוגמה, עם מחסור בחמצן, סטפילוקוקוס מאבד את יכולתו ליצור פיגמנט. שרביט נפלא טמפרטורת חדריוצר פיגמנט אדום בוהק, אך ב-37 מעלות צלזיוס אובדת היכולת ליצור פיגמנט זה וכו'.

שינוי ביוכימי (אנזימטי). לכל סוג של חיידק יש קבוצה מסוימת של אנזימים, שבזכותם הם סופגים חומרים מזינים. אנזימים אלו מיוצרים על מצעי תזונה מסוימים ונקבעים מראש על ידי הגנוטיפ.

במהלך חייהם של חיידקים, לא כל הגנים האחראים לסינתזה של האנזימים התואמים פועלים בדרך כלל. בגנום של חיידקים יש תמיד אפשרויות פנויות, כלומר. גנים שקובעים את ייצורם של אנזימים אדפטיביים. לדוגמה, coli, הגדל על מצע שאינו מכיל את הפחמימה לקטוז, אינו מייצר את האנזים לקטאז, אך אם הוא מתרבות על מצע עם לקטוז, הוא מתחיל לייצר אנזים זה. אנזימים מסתגלים מאפשרים לך להסתגל לתנאי קיום מסוימים.

לפיכך, שינוי הוא דרך להתאים מיקרואורגניזם לתנאים סביבה חיצוניתמה שמאפשר להם לגדול ולהתרבות בתנאים משתנים. תכונות נרכשות אינן עוברות בתורשה, ולכן הן אינן ממלאות תפקיד באבולוציה, אלא בעיקר תורמות להישרדותן של אוכלוסיות חיידקים.