- •1. Каковы особенности ферментных систем бактерий? Виды ферментов: по их действию; по выделению в окружающую среду; конститутивные и адаптивные ферменты.
- •4. Дифференциально-диагностические среды: перечислите, назовите основные составные части и применение. На какое изменение среды реагирует индикатор в этих средах?
- •5. По какому признаку дифференцируются бактерии на средах Эндо, Левина, Плоскирева?
- •6. Каким свойством должны обладать бактерии, чтобы образовать на этих средах окрашенные колонии? Если бактерии образуют бесцветные колонии, что это значит?
- •7. Среды Гисса, их состав и применение. Что такое "пёстрый" или «цветной» ряд?
- •8. Среда Олькеницкого, как производится посев и как отмечают на этой среде ферментативные свойства бактерий?
- •9. Методы определения протеолитической активности бактерии: разжижение желатина, образование индола, сероводорода, аммиака.
- •10. Что представляют собой микротест- системы для определения ферментативной активности бактерий: как производят посев и как учитывают результаты?
- •11. Что такое сиб, как используется эта система, как производится посев и учёт результатов?
Тема: «Идентификация чистых культур бактерий. Биохимическая активность микробов. Выделение чистых культур микроорганизмов (окончание). Действие физических и химических факторов (окончание). Микрофлора организма человека»
1. Каковы особенности ферментных систем бактерий? Виды ферментов: по их действию; по выделению в окружающую среду; конститутивные и адаптивные ферменты.
Одной из особенностей ферментов микроорганизмов является преобладание адаптивных ферментов над конститутивными, что связано как с малым объемом цитоплазмы, так и с их ролью главного механизма адаптации к меняющимся условиям внешней среды. Индуцибельные ферменты синтезируются микробной клеткой только в ответ на наличие в среде определенного субстрата.
По их действию:
- Оксидоредуктазы – энзимы, выступающие катализаторами в различных окислительно-восстановительных реакциях, происходящих в клетках. В данный класс входит 22 подкласса.
- Трансферазы – класс ферментов с 9 подклассами. В него входят энзимы, обеспечивающие реакции транспорта между разными субстратами, ферменты, принимающие участие в реакциях взаимопревращения веществ, а также обезвреживания различных органических соединений.
-Гидролазы – энзимы, разрывающие внутримолекулярные связи субстрата посредством присоединения к нему молекул воды. В данном классе насчитывается 13 подклассов.
-Лиазы – класс, в составе которого находятся только сложные ферменты. В нем насчитывается семь подклассов. Энзимы, относящиеся к данному классу, выступают катализаторами в реакциях разрыва С-О, С-С, С-N и прочих типов органических связей. Также ферменты класса лиазы участвуют в обратимых биохимических реакциях отщепления негидролитическим путем.
-Изомеразы – энзимы, выступающие катализаторами в химических процессах изомерных превращений, происходящих в одной молекуле. Как и к предыдущему классу к ним относятся только сложные ферменты.
-Лигазы, иначе именуемые синтетазами – класс, включающий 6 подклассов и представляющий энзимы, катализирующие процесс соединения 2х молекул под воздействием АТФ.
По выделению в окружающую среду:
Ферменты, образуемые бактериальной клеткой, могут локализоваться как внутри клетки —эндоферменты, так и выделяться в окружающую среду — экзоферменты.
У микроорганизмов различают также конститутивные и адаптивные ферменты. Конститутивные ферменты постоянно находятся в микробной клетке независимо от условий существования. Это в основном ферменты клеточного обмена: протеазы, липазы, карбогидразы. Адаптивные (адаптивные) ферменты синтезируются в клетке только под влиянием соответствующего субстрата, находящегося в питательной среде, и когда микроорганизм вынужден его усваивать. Если бактерии, не вырабатывающие в обычных условиях фермента амилазы, расщепляющей крахмал, засеять на питательную среду, где единственным источником углерода служит крахмал, то они начинают синтезировать этот фермент. Адаптивные ферменты позволяют микробной клетке приспособиться к изменившимся условиям существования.
2. Какое практическое значение имеет изучение ферментативной активности бактерий?
Изучение ферментов патогенных бактерий имеет исключительно важное значение, так как на основании определения ферментативной активности микробов можно дифференцировать различные виды и определять природу того или иного возбудителя заболеваний. Наряду с этим ферментативная активность микробов определяет патогенез и клиническую картину инфекционного заболевания.
Изучение спектра ферментативной активности выделенной чистой культуры имеет важное значение для дифференциации и составляет основу биохимической идентификации различных микроорганизмов.
3. Методы изучения протеолитической и сахаролитической активности бактерий.
Методы определения протеолитической активности бактерий - Протеолитическая активность микробов направлена на расщепление белков до промежуточных (пептоны, полипептиды, аминокислоты) или конечных (сероводород, индол, аммиак) продуктов. Действие протеолитических ферментов изучают на средах с желатином, молоком, сывороткой, пептоном.
Тест на желатиназу. Культуру микроорганизмов засевают уколом в столбик питательного бульона, содержащего 12% желатины. Посевы выдерживают при комнатной температуре (20-22°С) в течение нескольких (5-7) дней, при этом регистрируют не только наличие разжижения, но и его характер. Разжижение может быть послойным, что свойственно бактериям сине-зеленого гноя; холерный вибрион разжижает желатину в виде гвоздя; стафилококки – в виде чулка. Рост сибиреязвенных бацилл напоминает елочку, перевернутую вершиной вниз (характер разжижения послойный).
Тест на растворение свертка казеина. Культуру засевают на обезжиренное молоко. Культура расщепляет молочный сахар (лактозу) и за счет закисления среды наблюдается свертывание молочного белка (казеина). При выделении протеолитических ферментов казеин постепенно растворяется – пептонизируется, в результате чего молоко просветляется и приобретает легкий кремовый оттенок, а на дне пробирки формируется осадок.
Тест на свернутой кровяной сыворотке. Культуру исследуемых аэробных микробов засевают на чашки, анаэробных — уколом в столбик свернутой лошадиной сыворотки, инкубируют в термостате при 37 °С. Штаммы, продуцирующие протеолитические ферменты, разжижая питательную среду, образуют углубления вокруг колоний или на поверхности столбика среды.
Некоторые виды патогенных микробов с выраженной протеолитической активностью обладают способностью расщеплять белок и пептон до продуктов глубокого распада: индола, сероводорода, мочевины и аммиака. При определении видов и дифференциации разновидностей патогенных микробов наибольшее значение имеет выявление двух первых продуктов: индола и сероводорода.
Определение индола. Для обнаружения индола по способу Мореля узкие полоски фильтровальной бумаги смачивают горячим насыщенным раствором щавелевой кислоты и высушивают. Индикаторную бумажку помещают между стенкой пробирки с МПА и пробкой, предварительно произведя посев исследуемой культуры. При выделении индола на 2-3-й день нижняя часть полоски бумаги приобретает розовый цвет. Индол образуется при наличии у бактерий фермента триптофаназы при расщеплении сложной гетероциклической кислоты - триптофана.
Определение сероводорода. Сероводород является конечным продуктом расщепления аминокислот: цистина, цистеина и метионина, содержащих серу. Петлю исследуемой культуры микробов засевают в пробирку с мясопептонным бульоном. Сероводород обнаруживают с помощью полоски фильтровальной бумаги, пропитанной раствором ацетата свинца, которую закрепляют между стенкой засеянной пробирки и пробкой. При взаимодействии сероводорода и ацетата свинца бумага чернеет в результате образования сульфида свинца.
Тест на аммиак. Аммиак определяют при помощи увлажненной розовой лакмусовой бумажки, помещенной между стенкой и пробкой засеянной пробирки. Посевы инкубируют в термостате 1-5 суток. Посинение лакмусовой бумажки свидетельствует о выделении аммиака.
Методы определения гликолитической активности микроорганизмов. Сахаролитические свойства, т.е. способность расщеплять сахар и многоатомные спирты с образованием кислоты или кислоты и газа чаще всего изучают на дифференциально-диагностических средах Гисса, которые содержат питательный агар, тот или иной углевод и индикатор Андреде (ВР или др.). В зависимости от изучаемого рода и вида бактерий подбирают среды с соответствующими моно- и дисахаридами (глюкоза, лактоза и др.), полисахаридами (крахмал, гликоген и др.), высшими спиртами (глицерин, маннит и др.), в процессе ферментации которых образуются альдегиды, кислоты и газообразные продукты (С02, Н2, СН4).
В состав короткого “пестрого” ряда Гисса входит 5 углеводов: с глюкоза, лактоза, маннит, мальтоза и сахароза. При некоторых исследованиях для более углубленного изучения биохимических свойств выделенного микроба ряд Гисса дополняют дульцитом, сорбитом, ксилозой, арабинозой и некоторыми другими сахарами. Название “пестрый” ряд обусловлено тем, что под действием ферментов микроорганизмов одни углеводы остаются неизменными и, следовательно, цвет питательной среды не меняется, в то время как другие сахара расщепляются, образуя кислые продукты распада, которые изменяют цвет индикатора и соответственно цвет питательной среды. По консистенции среды Гисса бывают жидкими и полужидкими (с добавлением 0,2—0,5% агар-агара). В пробирки с жидкими средами Гисса для обнаружения газов, являющихся конечными продуктами распада сахаров, опускают “поплавок” — трубочку диаметром 0,5—0,7 см, запаянную с одного конца. “Поплавок” помещают запаянным концом кверху; при стерилизации он полностью заполняется питательной средой. При образовании в среде газообразных продуктов они вытесняют часть жидкости, находящейся в “поплавке”, вследствие чего у запаянного конца его собирается воздушный пузырек. В полужидких средах Гисса газообразование определяют по наличию мелких пузырьков газа в толще среды и стойкой пены на ее поверхности. Таким образом, при изучении сахаролитических ферментов, выделяемых микробами, учитывают не только явления расщепления тех или иных сахаров по кислотообразованию, но и глубину ферментативного процесса по наличию в питательной среде конечных газообразных продуктов. Пробирки с набором сред Гисса ставят в штатив в один ряд. На каждой пробирке надписывают название сахара, содержащегося в среде. На первой пробирке каждого ряда, кроме названия сахара, указывают номер или вид исследуемой микробной культуры. Культуру берут на кончик петли в очень небольшом количестве и засевают по общепринятой методике.
Критерии учета результатов:
цвет среды не меняется - культура не ферментирует углевод;
цвет среды изменяется (в случае использования индикатора Андреде – со светло-желтого на красный, ВР – с розового на синий и т. д.) – культура ферментирует углевод с образованием кислых продуктов (органических кислот), пробирку отмечают буквой «К»;
цвет среды изменяется и наблюдается появление пузырьков газа в среде или поплавке - культура ферментирует углевод с образованием кислых и газообразных продуктов. Такую пробирку отмечают буквами «КГ».
Кроме того, сахаролитическую активность изучают на средах Эндо, Левина, Плоскирева. Микроорганизмы, сбраживая до кислоты находящийся в этой среде молочный сахар, образуют окрашенные колонии (кислота изменяет цвет индикатора). Колонии микробов, не ферментирующих лактозу, бесцветны.
Таблица 17. Дифференциально-диагностические среды
Наименование и внешний вид среды |
Состав (компоненты) |
Назначение |
Принцип действия и внешний вид среды после посева |
Среда Эндо Бледно-розовая плотная среда, разливается в чашки Петри |
Питательная основа-МПА, субстрат - лактоза, индикатор - основной фуксин, обесцвеченный сульфитом натрия (Na2SO3) |
Для рассева исследуемого материала (нативного или после обогащения) с целью получения изолированных колоний патогенных и условно-патогенных знтеробактерий: эшерихий, сальмонелл, шигелл, йерсиний и других |
На среде можно наблюдать рост красных или бесцветных колоний. Эшерихии разлагают лактозу до кислых продуктов, в том числе альдегидов, они соединятся с сульфитом натрия, при этом освобождается фуксии, который окрашивает колонии и среду в красный цвет, часто с металлическим зеленоватым блеском (положительный результат). Сальмонеллы и шигеллы не разлагают лактозу и образуют бесцветные колонии (отрицательный результат). |
Среда Левина Плотная среда красновато-фиолетового цвета. Среда является дифференциально-диагностической и слабо селективной, так как оказывает ингибирующее действие на грамположительную микрофлору |
Питательная основа-МПА, Субстрат - лактоза. Индикаторы - эозин и метиленовый синий |
Для получения изолированных колоний патогенных и условно-патогенных энтеробактерий - см. среду Эндо. Среда Левина может быть использована также для выделения грибов Candida albicans |
На среде можно наблюдать рост синих или бесцветных колоний. Escherichia coli, разлагающая лактозу, вызывает сдвиг рН в кислую сторону, при этом комплекс индикаторов эозина и метиленового синего выпадает в осадок и колонии приобретают темно-сине-фиолетовый, почти черный цвет, часто с металлическим блеском (положительный результат). Энтеробактерии не расщепляющие лактозу, образуют бесцветные колонии. |
Среды Гисса Набор пробирок с полужидкой средой розового цвета. |
Питательная основа - полужидкий МПА (0,4%), Субстрат (в каждой пробирке разный углевод), Индикатор - бром крезоловый пурпурный или BP (водный голубой и розоловая кислота) |
Определение спектра сахаролитической активности с целью идентификации (определение родовой и видовой принадлежности) выделенной культуры бактерий семейства Enterobacteriaceae, а также других семейств и родов. |
При ферментации субстрата образуются кислые продукты (молочная, уксусная, муравьиная и другие кислоты), которые снижают значение рН и розовый цвет индикатора изменяется на синий, что указывает на положительную реакцию. При образовании газа (Н2 и СО2;) - пузырьки и трещины в толще среды. Рост бактерий в среде Гисса без изменения ее цвета свидетельствует об отсутствии фермента, расщепляющего данный углевод, то есть об отрицательной реакции |