Роль микробиологии в охране окружающей среды

Типы питания

Источник энергии

Донор

водорода

Источник углерода

Микробы

Фотолитоавтотрофное

Фотосинтез

Неорганические соединения

Углекислый газ

Цианобактерии, пурпурные, зелёные бактерии, из эукариот: растения

Фотоорганогетеротрофное

Фотосинтез

Органические вещества

Органические вещества

Галобактерии, некоторые цианобактерии, пурпурные, зелёные бактерии

Хемолитоавтотрофное

Энергия химических связей

Неорганические соединения

Углекислый газ

Нитрифицирующие, тионовые, ацидофильные железобактерии

Хемоорганогетеротрофное

Энергия химических связей

Органические вещества

Органические вещества

Большинство прокариот, из эукариот: животные, грибы, человек

Фотолитогетеротрофное

Фотосинтез

Неорганические соединения

Органические вещества

Некоторые цианобактерии, пурпурные, зелёные бактерии

Хемолитогетеротрофное

Энергия химических связей

Неорганические соединения

Углекислый газ

Метанообразующие архебактерии, водородные бактерии

Фотоорганоавтотрофное

Фотосинтез

Органические вещества

Углекислый газ

Некоторые пурпурные бактерии

Хемоорганоавтотрофное

Энергия химических связей

Органические вещества

Углекислый газ

Факультативные метилотрофы, окисляющие муравьиную кислоту бактерии

Способы получения

энергии

Исходные вещества

Конечные вещества

Акцептор

водорода

(окислитель)

Микробы

Аэробное

дыхание

Глюкоза

СО2 и вода

Пировиноградная кислота 

Представители рода Rhodobacter, другие несерные пурпурные бактерии

Анаэробное дыхание

- нитратное

- сульфатное

Глюкоза

Молочная кислота (лактат)

Окисленные неорганические соединения

Clostridium tetani, возбудитель столбняка; Bacteroides, Fusobacterium, Butyrivibrio, Methanobacterium); некоторые бактерии, дрожжи, жгутиковые и инфузории.

Неполное окисление

органических веществ

Органические соединения

уксусная, глюконовая, фумаровая, лимонная, молочная кислоты и ряд других соединений

Кислород

Уксуснокислые бактерии.

Брожение

Органические соединения (углеводы)

пропионовая, масляная, янтарная, молочная кислоты и др., этанол (питьевой спирт), водород и СО2

молекула органического вещества с ненасыщенными связями

Дрожжи, молочнокислые бактерии.

микроорганизмы

             Аэробы

               Анаэробы

облигатные

факультативные

Плесневые грибы

да

нет

нет

Дрожжи

нет

нет

да

Актиномицеты

да

нет

нет

Клостридии

нет

да

нет

Азотобактер

да

нет

нет

Бактерии:

нет

нет

нет

Молочнокислые

нет

нет

да

Нитрифицирующие

да

нет

нет

Аммонифицирующие

да

нет

нет

Денитрифицирующие

да

нет

нет

Клубеньковые

да

нет

нет

Уксуснокислые

да

нет

нет

виды брожения

Возбудители

процесса

  Динамика процесса

Условия        процесса

  Значение

   процесса

Исходные

продукты

Конечные

продукты

Спиртовое

дрожжи

глюкоза

Углекислый газ,этиловый спирт

химический состав сбраживаемой среды, концентрация и кислотность среды, содержание спирта, температура, наличие посторонних микроорганизмов.

Процесс спиртового брожения лежит в основе получения этилового спирта, кормовых и пищевых дрожжей, пивоварения, хлебопечения, производства глицерина.

Молочнокислое:

-гомоферментативное

Молочнокислый стрептококк,сливочный стрептококк,термофильный стрептококк,сырная палочка,болгарская палочка,ацидофильная палочка,огуречная палочка

глюкоза

Молочная кислота

наличия С02,  рН, температуры среды.

используется для получения молочной кислоты, при изготовлении различных кислых молочных продуктов, хлеба и в силосовании кормов в сельском хозяйстве.

-гетероферментативное

бактерии рода Lactobacterium и рода Streptococcus.

глюкоза

Молочная кислота, уксусная кислота ,двуокись углерода,этанол

наличия С02, кислорода, рН, температуры среды.

Гетероферментативное молочнокислое брожение происходит при консервировании различных плодов и овощей путём квашения.

-бифидоброжение

строгие анаэробы, раздвоенные палочки, активные пробиотики бифидобактерии

глюкоза

молочная кислота и уксусная кислота

В связи со способностью молочнокислых бактерий синтезировать антибиотики (низин, диплококцин, лактолин, бревин и др.) и продуцировать органические кислоты предполагают, что эти организмы являются антагонистами гнилостной и болезнетворной кишечной микрофлоры человека и животных.

используется человеком для изготовления различных молочных продуктов — масла, сыра, кефира, кумыса, простокваши.

Пропионовокислое

Пропионово-кислые бактерии

Сахар молочная кислота

пропионовая и уксусная кислота

оптимальная температура развития бактерий около 30°С

имеет важное значение в созревании сыров

Маслянокислое

Маслянокислые бактерии

сахар

этиловый спирт, молочная и уксусная кислоты, масляная кислота, углекислый газ и водород

температурный оптимум  развития маслянокислых бактерий находится в пределах 30-40°С.

Маслянокислое брожение находит практическое применение в производстве масляной кислоты, которая широко используется в технике.

Ацетонобутиловое

Clostridium acetobutylicum.

образовавшиеся на первой стадии жирные кислоты

Бутиловый и этиловый спирт,ацетон изопропиловый спирт

нуждаются в готовых аминокислотах и витаминах. Внешние условия: состав питательной среды, рН и температура.

используют в промышленном производстве ацетона и бутилового спирта из кукурузной муки или другого крахмалистого сырья

Пектиновое

подвижные, спорообразующие бактерии, относящиеся к факультативным анаэробам.

Продукты распада пектиновой кислоты (галактоза, ксилоза, арабиноза, метиловый спирт, уксусная кислота)

масляная и уксусная кислота, этиловый спирт, углекислый газ, водород

биохимический процесс, протекающий с участием кислорода воздуха.

Пектиновое брожение используют при водяной мочке льна и других волокнистых растений.

Разложение клетчатки

-аэробное

Cytophaga —  подвижных длинных палочек с  заостренными концами, Celvibrio — изогнутых палочек, Celfacicula — коротких палочек. Грибы из родов пенициллиум, аспергиллус, ботритис, кладоспориум и актиномицеты ,миксобактерии

клетчатка

масляная и уксусная кислота, углекислый газ, водород или метан.

кислород

выполняют огромную санитарную роль, разлагая клетчатку отмерших растений, благодаря чему в почве накапливается гумус, повышающий ее плодородие.

-анаэробное

бактерии, относящиеся к семейству Bacillaceae, роду Clostridium.

глюкоза

уксусная, молочная и муравьиная кислоты

Без участия кислорода

имеет очень большое значение в круговороте углерода в природе, так как благодаря ему клетчатка, являющаяся составным элементом оболочек растительных клеток, разрушается.

       Процессы

Возбудители

процесса

  Динамика процесса

Условия        процесса

  Значение

   процесса

Исходные

продукты

Конечные

продукты

Аммонификация

-белков

Корневидная, или грибовидная, бацилла (Вас. mycoides) Картофельная бацилла (Вас. mesentericus) Капустная бацилла    (Вас. megaterium) Сенная бацилла  (Вас. subtilis) Чудесная палочка (Serratia marcescens)    Вульгарный протеи (Proteus Кишечная палочка vulgaris

белки

выделение азота и виде аммиака

протекает при температуре не ниже 10 С в определенной влажности.

Роль гнилостных микробов в природе велика: разлагая трупы животных и остатки растений, они очищают нашу землю и дают пищу высшим растениям.

-мочевины

Уробактерии

мочевина

аммиак и углекислота

Уробактерии аэробы и хорошо развиваются только в резкощелочной среде.

применяют мочевину в качестве основного удобрения, а также для ранневесенней подкормки озимых и пропашных культур при немедленной заделке в почву

Нитрификация

-I фаза

Бактерии первой фазы нитрификации представлены четырьмя родами: Nitrosomonas, Nitrosocystis, Nitrosolobus и Nitrosospirila.

аммиак

азотистую кислоту

Нитрифицирующие бактерии развиваются при рН 6,0 – 8,6, при оптимуме 7,0—7,5

 Оптимальная температура развития  нитрификаторов — 25—30°С. При наличии  кислорода

играют важную роль в обогащении почвы азотистыми веществами, необходимыми для питания растений.

-II фаза

вызывается представителями родов Nitrobacter, Nitrospina и Nitrococcus.

Азотистая кислота

Азотная кислота

Нитрифицирующие бактерии развиваются при рН 6,0 – 8,6, при оптимуме 7,0—7,5

Оптимальная температура развития нитрификаторов — 25—30°С При наличии кислорода

играют важную роль в обогащении почвы азотистыми веществами, необходимыми для питания растений.

Денитрификация

-ассимиляторная

К денитрификации способны растения и многие микроорганизмы

нитрат

восстанавливаются до NH3

проводится в анаэробных условиях в присутствии органических веществ

служит источником азота для построения клеточных веществ.

-диссимиляторная

специфические аэробные бактерии Преобладающими родами денитрификаторов в почве являются Pseudomonas, Paracoccus. термофильные бактерии, относящиеся, к роду Bacillus.

Нитраты и нитриты

N2, N2O, NO.

проводится в анаэробных условиях в присутствии органических веществ Максимальная интенсивность процесса достигается при рН 7.0-8.2. При значениях рН ниже 6,1 и выше 9,6 процесс полностью затормаживается. Повышение температуры интенсифицирует процесс.

Для почвы денитрификация—отрицательное явление, так как приводит к потере соединений азота. Способность денитрифицирующих бактерий восстанавливать нитраты до нитритов используется в пищевой промышленности при изготовлении некоторых мясных товаров, например, колбас

Азотфиксация

-свободноживущими

микроорганизмами

бактерии рода Azospirilum,  и Azotobacter, Аgrobacterium, Klebsiella, Еnterobacter, Рseudomonas.

молекулярный азот (N2)

азотистые соединения.

Происходит с участием фермента нитрогеназы, которая «работает» при обычной температуре

Активностью, могут в значительной мере заменить минеральный азот, предохраняют от избытка нитратов в продукции. Обладают высокой антибиотической активностью (комплексное питательное и защитное действие)

-симбиотическими

микроорганизмами

Возбудителями этого процесса являются бактерии, образующие клубеньки на корнях или стеблях растений. Указанные микроорганизмы относятся к родам Rhizodium (6 видов), Вradyrhizobium (С виды), Sinorhizbium (5 видов), Mesorhizobium (5 видов), Аzorhizobium (1 ВИД).

молекулярный азот (N2)

азотистые соединения.

Значительное влияние на развитие клубеньков оказывает температурный режим. Оптимальная температура для большинства клубеньковых бактерий около 24 – 26 С, при температуре ниже 5 С и выше 37 С рост бактерий приостанавливается. обеспеченность почвы усвояемыми соединениями фосфора и калия

бобовые растения (а точнее, их симбиотические бактерии) часто используют как «зелёное удобрение», высевая их на поле

            Виды иммунитета

         Определение

Неинфекционный(трансплантационный)

называют иммунную реакцию организма, направленную против чужеродных тканей (трансплантата).

Инфекционный специфический:

Приобретенный естественный

• Активный

возникает после перенесенного заболевания, скрытой инфекции или многократного бытового инфицирования без возникновения заболевания

- стерильный

возбудителя в организме нет, а устойчивость к нему есть

-нестерильный

возбудитель находится в организме

• Пассивный

-плацентарный

 антитела  от матери передаются через  плаценту, и новорожденный в течение 6—7 мес невосприимчив к некоторым  инфекционным заболеваниям

-колостральный

возникающий у новорождённых организмов при передаче им готовых антител (иммуноглобулинов) с молозивом от матери.

Приобретенный искусственный

• активный

формируется в результате введения вакцины, которая содержит ослабленных или убитых возбудителей инфекции (антигены)

• пассивный

достигается введением готовых AT или, реже, сенсибилизированных лимфоцитов

Инфекционный неспецифический:

Естественный (врожденный)

• абсолютный

это выработанная в процессе филогенеза генетически закрепленная, передающаяся по наследству невосприимчивость данного вида и его индивидов к какому-либо антигену (или микроорганизму), обусловленная биологическими особенностями самого организма, свойствами данного антигена, а также особенностями их взаимодействия. Обладая абсолютным иммунитетом, ни животное, ни человек, ни при каких обстоятельствах не заболевают данной болезнью.

• относительный

В развитии относительного иммунитета большое значение имеют благоприятные социальные условия, а также приобретенные свойства организма, развившиеся в нем путем взаимосвязи с окружающей средой (например, закаливание организма физкультурой).

Анатомо-физиологические факторы

  защиты

кожа и ее придатки (сальные и потовые железы), слизистые оболочки, почки, селезенка, печень, лимфатические узлы, гематоэнцефалический барьер, гормоны эндокринных желез (гипофиза, надпочечников), непроницаемость и бактерицидность покровов, плацента, секреты, желудочный и пищеварительные соки, гидролитические ферменты, интерферон, лизоцим, гуморальная защита, представленная системой пропердина, белками системы комплемента, С- реактивный белок, лейкины, опсонины, естественные антитела, витаминная защита (витамины А,В,С и др.), лизины (в том числе альфа и бета).

Большую роль в защите макроорганизма от микробов играет бактерицидное действие крови, лимфы и других жидкостей организма.