Микробиология, санитария и гигиена в пищевом производстве

Размещено на http://www.allbest.ru/

ГБОУ СПО «Оренбургский государственный колледж»

Самостоятельные работы по микробиологии, санитарии и гигиене в пищевом производстве

051001 Профессиональное обучение (технология продукции общественного питания)

051001 Профессиональное обучение (технология хлеба, кондитерских и макаронных изделий)

Белов В.С.

студент группы №303

Оренбург 2013 г.



Самостоятельная работа № 1. Учение А. Левенгука, Л. Пастера. Творческий вклад в микробиологию русских ученых

Антони ван Лемвенгук.

Нидерландский натуралист, конструктор микроскопов, основоположник научной микроскопии, член Лондонского королевского общества (с 1680 года), исследовавший с помощью своих микроскопов структуру различных форм живой материи. В русской исторической традиции встречаются разные варианты написания имени ученого --Антон, Антоний и Антониус.

Левенгук прочёл труд английского естествоиспытателя Роберта Гука «Микрография» (англ. Micrographia), опубликованный в 1665, вскоре после его публикации. Прочтение этой книги вызвало у него интерес к изучению окружающей природы с помощью линз. Вместе с Марчелло Мальпиги Левенгук ввёл употребление микроскопов для зоологических исследований.

Освоив ремесло шлифовальщика, Левенгук стал очень искусным и успешным изготовителем линз. Устанавливая свои линзы в металлические оправы, он собрал микроскоп и с его помощью проводил самые передовые по тем временам исследования. Линзы, которые он изготавливал, были неудобны и малы, для работы с ними нужен был определённый навык, однако с их помощью был сделан ряд важнейших открытий. Всего за свою жизнь он изготовил более 500 линз и как минимум 25 микроскопов, 9 из которых дошли до наших дней. Считается, что Левенгук сумел создать микроскоп, позволявший получить 500-кратное увеличение, однако максимальное увеличение, которое можно получить при помощи сохранившихся микроскопов, составляет 275.

Долгое время считалось, что Левенгук изготавливал свои линзы путём филигранной шлифовки, что, учитывая их крошечные размеры, было необычайно трудоёмким занятием, требовавшим огромной точности. После Левенгука никому не удавалось изготовить аналогичные по устройству приборы такого же качества изображения.

Однако в конце 1970-х годов в Новосибирском медицинском институте был опробован метод изготовления линз не шлифовкой, а оплавлением тонкой стеклянной нити[2]. Такой метод позволил изготавливать линзы, вполне удовлетворяющие всем необходимым критериям, и даже полностью воссоздать микроскоп системы Левенгука, хотя экспертиза его оригинальных микроскопов XVII века с целью подтвердить или опровергнуть эту гипотезу так и не была проведена. Линзы изготавливались методом оплавления конца стеклянной нити до образования стеклянного шарика с последующей шлифовкой и полировкой одной из его сторон (плоско-выпуклая линза). Получающийся стеклянный шарик прекрасно работает как собирательная линза. Таким образом, имеется две версии изготовления линз Левенгуком -- с использованием метода термической шлифовки (стеклянный шарик) или путём дополнительной шлифовки и полировки одной из его сторон обычным способом после термической обработки.

Наблюдаемые объекты Левенгук зарисовывал, а свои наблюдения описывал в письмах (общим количеством около 300), которые на протяжении более чем 50 лет отсылал в Лондонское королевское общество, а также некоторым учёным. В 1673 году его письмо впервые было опубликовано в журнале Лондонского королевского общества «Философские записки» (англ. Philosophical Transactions).

Однако в 1676 году достоверность его исследований была поставлена под сомнение, когда он отослал копию своих наблюдений одноклеточных организмов, о существовании которых до этого времени ничего не было известно. Несмотря на репутацию исследователя, заслуживающего доверия, его наблюдения были встречены с некоторым скептицизмом. Чтобы проверить их достоверность, в Делфт отправилась группа учёных во главе с Неемией Грю, который подтвердил подлинность всех исследований. 8 февраля 1680 года Левенгук был избран действительным членом Лондонского Королевского общества.

В числе прочего, Левенгук первым открыл эритроциты, описал бактерии (1683), дрожжи, простейших, волокна хрусталика, чешуйки (ссохшиеся клеточки) эпидермисакожи, зарисовал сперматозоиды (1677), строение глаз насекомых и мышечных волокон. Нашёл и описал ряд коловраток, почкование гидр и т. п. Открыл инфузории и описал многие их формы.

Луим Пастемр

Луим Пастемр (правильно Пастёр[3], фр. Louis Pasteur; 27 декабря 1822, Доль, департамент Юра -- 28 сентября 1895, Вильнёв-л'Этан близ Парижа) французский микробиолог и химик, член Французской академии (1881). Пастер, показав микробиологическую сущность брожения и многих болезней человека, стал одним из основоположников микробиологии ииммунологии. Его работы в области строения кристаллов и явления поляризации легли в основу стереохимии[4]. Также Пастер поставил точку в многовековом споре о самозарождении некоторых форм жизни в настоящее время, опытным путем доказав невозможность этого (см. Зарождение жизни на Земле). Его имя широко известно в ненаучных кругах благодаря созданной им и названной позже в его честь технологии пастеризации.

Первую научную работу Пастер опубликовал в 1848 году[8][9][10][11][12]. Изучая физические свойства винной кислоты, он обнаружил, что кислота, полученная при брожении, обладает оптической активностью -- способностью вращать плоскость поляризации света, в то время как химически синтезированная изомерная ей виноградная кислота этим свойством не обладает[12]. Изучая кристаллы под микроскопом, он выделил два их типа, являющихся как бы зеркальным отражением друг друга. При растворении кристаллов одного типа раствор поворачивал плоскость поляризации по часовой стрелке, а другого -- против. Раствор из смеси двух типов кристаллов в соотношении 1:1 не обладал оптической активностью.

Схематическое изображениекристаллов, обладающих оптической активностью -- обнаруженной Пастером способностью поляризовать видимый свети, соответственно, отклонять ход лучей (меняя плоскость поляризации) по или против часовой стрелки. Изображённый раствор из смеси двух типов кристаллов в соотношении 1:1 не обладает оптической активностью

Пастер пришёл к заключению, что кристаллы состоят из молекул различной структуры. Химические реакции создают оба их типа с одинаковой вероятностью, однако живые организмы используют лишь один из них. Таким образом, впервые была показана хиральность молекул. Как было открыто позже, аминокислоты также хиральны, причём в составе живых организмов присутствуют лишь их L-формы (за редким исключением). В чём-то Пастер предвосхитил и это открытие.

После данной работы Пастер был назначен адъюнкт-профессором физики в Дижонский лицей, но через три месяца, уже в мае 1849, по приглашению[6] перешёл адъюнкт-профессором химии в университет Страсбурга. Здесь он решил жениться, и написал дочери декана письмо с успешным предложением, где, в частности, Пастер говорил о себе следующее[6]:

Во мне нет ничего, что могло бы понравиться молодой девушке, но, насколько я припоминаю, все, кто узнавал меня ближе, очень меня любили.

Некоторые его опыты в свете знаний современной науки выглядят наивными: так, пытаясь изменить химические процессы, протекающие в животных организмах, Пастер помещал их между гигантскими магнитами. А с помощью большого маятникового механизма пытался, раскачивая растения, превратить их в зеркальные молекулярные отражения самих себя.

Русские ученые.

Огромный вклад в развитие микробиологии внесли отечественные ученые.

И.И. Мечников (1845-1916) создал фагоцитарную теорию иммунитета, основанной на способности клеток макроорганизма противостоять инородным телам; установил антагонизм между молочнокислыми и гнилостными бактериями; работал с возбудителями инфекционных болезней. В 1908 г. ему была присуждена Нобелевская премия.

Л.С. Ценковский (1822-1877) разработал методы борьбы с сибирской язвой в виде прививок. Кроме того, он доказал бактериальную природу сахарного клека и разработал способы предупреждения его в сахарном производстве.

Д.И. Ивановский (1886-1920) по праву считается основоположником вирусологии. Он при изучении мозаичной болезни табака обнаружил микроорганизмы, которые проходили через биологические фильтры. Эти микроорганизмы получили название вирусов. Это послужило толчком к открытию возбудителей ящура, оспы, невидимых в обычные световые микроскопы.

С.Н. Виноградский (1856-1953) - основоположник почвенной микробиологии, установил роль микроорганизмов в круговороте веществ в природе. Разработал методы выделения отдельных групп микроорганизмов с использованием элективных (избирательных) питательных сред.

В.Л. Омелянский (1867-1928) - ученик С.Н. Виноградского, открыл возбудителей брожения клетчатки, изучал процессы нитрификации, азотфиксации, а также экологию микроорганизмов почвы. В.Л. Омелянский написал в 1909 г. первый учебник по общей микробиологии в России, который выдержал десять изданий и по настоящее время является настольной книгой микробиологов. В 1923 г. им издано первое в нашей стране «Практическое руководство по микробиологии».

Большой вклад в развитие технической микробиологии внесли С.П. Костычев, С.Л. Иванов, А.И. Лебедев, В.Н. Шапошников и другие ученые, которыми разработаны научные основы производства этанола, молочной кислоты, ацетона, бутанола, органических кислот. Это позволило наладить производство ценных для народного хозяйства продуктов микробного синтеза в промышленных масштабах.

Труды Я.Я. Никитинского (1878-1941) и Ф.М. Чистякова (1898-1959) положили начало развитию консервного производства и холодильного хранения скоропортящихся пищевых продуктов.

Большой вклад в развитие микробиологии внесли и другие ученые. Так, А.С. Королев (1876-1932) разработал теоретические основы технической микробиологии в молочном деле. А.Ф. Войткевич (1875-1950) своими исследованиями доказал и теоретически обосновал лечебное и диетическое значение ацидофильных культур для молодняка сельскохозяйственных животных.

В настоящее время микробиология стала не только фундаментальной наукой - в стране плодотворно работают научно-исследовательские учреждения по многим разделам микробиологической науки.

Самостоятельная работа № 2. Практическое применение микробиологии»

Итак, микробиология -- это наука, изучающая микроорганизмы, их свойства, распространение и роль в круговороте веществ в природе. Широко известны три области практического приложения микробиологических знаний, три основных направления, без которых и представить нельзя современную жизнь. Одно из этих направлений-- медицинская микробиология, изучающая болезнетворные микроорганизмы и разрабатывающая методы борьбы с ними Медицинская микробиология. включает бактериологию, которая изучает бактерии -- возбудители инфекционных заболеваний, микологию -- раздел о болезнетворных грибках, протозоологию, объектом исследования которой являются болезнетворные одноклеточные животные организмы, и, наконец, мед. вирусологию, исследующую болезнетворные вирусы. Достоверные сведения о микробах впервые были получены во второй половине 17 в. голландским ученым А. Левенгуком, описавшим «живых зверьков» в воде, зубном налете, настоях при рассмотрении их в простейший микроскоп, увеличивавший объекты в 250--300 раз.

Другое -- техническая микробиология, под «покровительством» которой находится производство спиртовых и молочных продуктов (с использованием процессов брожения), витаминов, столь необходимых человеку антибиотиков и гормонов. Техническая, или промышленная, микробиология изучает химические процессы, вызываемые микробами, которые приводят к образованию спиртов, ацетона и других продуктов, важных для человека. В последние годы широко развились также такие области технической микробиологии, как производство витаминов, аминокислот и антибиотиков.

Третья самостоятельная сфера этой науки -- почвенная микробиология, изучающая участие микроорганизмов в почвенных процессах в целях оптимального их использования в области сельскохозяйственного производства.

Микробиология вошла в круг научных дисциплин еще в XVII века: ее появление тесно связано с изобретением микроскопа. Золотой век микробиологии начался в конце XIX века, когда промышленное и техническое развитие человеческого общества вместе с развитием химии красящих веществ, прогрессом оптики и замечательными открытиями бактериологов произвели в медицине и медицинском мышлении настоящий революционный переворот. К отдельным звеньям этой «революции» можно отнести открытия возбудителей значительной части инфекционных заболеваний человека и животных -- возбудителей, обнаруженных в своеобразном царстве микроорганизмов.

О том, что же именно относится к пестрой плеяде микроорганизмов, к сфере, контролируемой микробиологией, многие имеют не всегда точное и полное представление. С годами микробиология превратилась в обширную и сложную научную дисциплину, и причина этого лежит не в каком-нибудь искусственном ее усложнении, а в том, что были открыты группы микроорганизмов, которые никак нельзя было подогнать к какому-то единому, общему знаменателю. Это заставило разделить микробиологию на несколько специальных отделов.

Пока что выделено пять таких «провинций» в «государстве» микробиологии. Правда, ее дальнейшее развитие и дифференциация определенно говорят, что это пятичленное подразделение не окончательное. Но на сегодня оно нас вполне удовлетворяет. Вот краткое перечисление и определение упомянутых групп.

Вирусология изучает вирусы.

Бактериология занимается исследованием бактерий (специалисты считают их самыми древними обитателями Земли) и актиномицетов (одноклеточных микроорганизмов, близких по чертам организации к бактериям).

Микология исследует низшие (микроскопические) грибы.

Альгология изучает микроскопические водоросли.

Протозоология имеет объектом своего изучения простейших -- одноклеточных животных, стоящих в системе классификации на грани растительного и животного мира.

Мы перечислили эти подразделения в соответствии с увеличением размеров микроорганизмов. Вирусы в сравнении с другими группами микроорганизмов неизмеримо мельче. Именно их ничтожно малая величина и дала в руки микробиологов (в период зарождения вирусологии) основную возможность отличать их от бактерий. Размеры вирусов варьируют в пределах от 20 до 300 нанометров (один нанометр равен миллионной доли миллиметра).

В «молодые годы» вирусологии для обозначения небактериального возбудителя какой-либо болезни применяли термин «фильтрующийся вирус» (от лат. virus -- яд). Первоначальный термин подчеркивал своеобразное свойство возбудителей -- способность проходить через фильтры, не пропускающие самые мелкие бактерии.

Дальнейшие исследования показали, что вирусы представляют особую группу инфекционных возбудителей и их изучение требует применения совершенно новых методов. В результате возникла и новая самостоятельная отрасль микробиологии --вирусология. Такое выделение было безоговорочно принято всеми учеными. Вирусологию с самого начала считали как бы младшей сестрой- бактериологии.

Однако между этими двумя отраслями науки, вернее, их объектами, есть существенное различие. Бактериологи уже сравнительно давно обнаружили наряду с болезнетворными бактериями и такие, которые просто необходимы для жизнедеятельности человека, животных и растений, для нормального протекания естественного круговорота веществ в природе и многих технологических процессов в пищевой и фармацевтической промышленности.

Самостоятельная работа № 3. Систематика микроорганизмов

Систематика - распределение микроорганизмов в соответствии с их происхождением и биологическим сходством. Систематика занимается всесторонним описанием видов организмов, выяснением степени родственных отношений между ними и объединением их в различные по уровню родства классификационные единицы- таксоны. Основные вопросы, решаемые при систематике (три аспекта, три кита систематики)- классификация, идентификация и номенклатура. Другими словами, основная цель систематики - идентифицировать микроорганизм. Классификация - распределение (объединение) организмов в соответствии с их общими свойствами (сходными генотипическими и фентипическими признаками) по различным таксонам.

Таксономия - наука о методах и принципах распределения (классификации) организмов в соответствии с их иерархией. Наиболее часто используют следующие таксономические единицы (таксоны)- штамм, вид, род. Последующие более крупные таксоны - семейство, порядок, класс. В современном представлении вид в микробиологии - совокупность микроорганизмов, имеющих общее эволюционное происхождение, близкий генотип (высокую степень генетической гомологии, как правило более 60%) и максимально близкие фенотипические характеристики. Нумерическая (численная) таксономия основывается на использовании максимального количества сопоставляемых признаков и математическом учете степени соответствия. Больщое число сравниваемых фенотипических признаков и принцип их равной значимости затрудняло классификацию.

При изучении, идентификации и классификации микроорганизмов чаще всего изучают следующие (гено- и фенотипические) характеристики:

1. Морфологические - форма, величина, особенности взаиморасположения, структура.

2. Тинкториальные - отношение к различным красителям (характер окрашивания), прежде всего к окраске по Граму. По этому признаку все микроорганизмы делят на грамположительные и грамотрицательные.

Морфологические свойства и отношение к окраске по Граму позволяют как правило отнести изучаемый микроорганизм к крупным таксонам- семейству, роду.

3. Культуральные - характер роста микроорганизма на питательных средах.

4. Биохимические - способность ферментировать различные субстраты (углеводы, белки и аминокислоты и др.), образовывать в процессе жизнедеятельности различные биохимические продукты за счет активности различных ферментных систем и особенностей обмена веществ.

5. Антигенные - зависят преимущественно от химического состава и строения клеточной стенки, наличия жгутиков, капсулы, распознаются по способности макроорганизма (хозяина) вырабатывать антитела и другие формы иммунного ответа, выявляются в иммунологических реакциях.

6. Физиологические- способы углеводного (аутотрофы, гетеротрофы), азотного (аминоавтотрофы, аминогетеротрофы) и других видов питания, тип дыхания (аэробы, микроаэрофилы, факультативные анаэробы, строгие анаэробы).

7. Подвижность и типы движения.

8. Способность к спорообразованию, характер спор.

9. Чувствительность к бактериофагам, фаготипирование.

10. Химический состав клеточных стенок - основные сахара и аминокислоты, липидный и жинокислотный состав.

11. Белковый спектр (полипептидный профиль).

12. Чувствительность к антибиотикам и другим лекарственным препаратам.

13. Генотипические (использование методов геносистематики).

Самостоятельная работа № 4. История развития учения о микроорганизмах

Блестящие результаты теоретических исследований Пастера и Кона над низшими организмами и открытие первым из названных учёных заразного начала многих болезней обратило серьёзное внимание представителей чистой и прикладной науки на бактерии, открытые ещё в XVII столетии, но сделавшиеся предметом тщательного изучения только теперь. Особенно большое число приверженцев имела бактериология первоначально среди медиков и гигиенистов, очень скоро ставших применять её выводы на практике. Только с открытием новых методов исследования и разъяснением целого ряда явлений, остававшихся прежде неразгаданными, и методика науки стала быстро развиваться и привлекать к себе всё больше и больше учёных сил.

Теперь, в результате работ целого ряда учёных, без услуг бактериологии не обходится ни одна отрасль знания, имеющая отношение к естественным наукам. Учение о заразных болезнях целиком основано на бактериологии. Она дала могущественный толчок хирургии, выполняющей теперь операции, какие прежде были немыслимы. Целый ряд геологических процессов, например, образование некоторых руд, объясняется жизнедеятельностью бактерий. Множество болезней растений вызывается теми же организмами, и едва ли найдётся на земном шаре существо, на которое бактерии не оказывали бы того или иного влияния.

Сельскому хозяину почти на каждом шагу приходится считаться с жизнедеятельностью низших организмов. Те процессы, которые раньше признавались химическими, при настоящем положении науки признаются за химико-биологические и даже за чисто биологические. Так, различные процессы брожения прежде считались за химические, и только знаменитый Пастер, основатель бактериологии, доказал, что получающиеся при брожении новые вещества есть результат жизнедеятельности бактерий. Ещё недавно в процессах разложения органических веществ почвы и превращения их в угольную кислоту видели также только одни химические реакции. В настоящее время уже доказано, что это процессы преимущественно биологические, обусловливающиеся жизнедеятельностью бактерий. Очевидно, чтобы направить эти процессы в ту или другую сторону, необходимо прежде всего изучить данные бактерии и условия, наиболее благоприятные их развитию.

Особенно велика роль бактерий в круговороте азота в почве и в природе вообще. Как известно, азот является неотъемлемой составной частью растительных белков. Между тем, важная для растений азотистая пища находится в почве в наименьшем (по сравнению с другими) количестве и притом, главным образом, в форме, недоступной для растений, - в виде сложных азотистых органических соединений.

Самостоятельная работа № 5. Роль микроорганизмов

Жизнедеятельность микроорганизмов - необходимое условие существования на Земле органического мира. Благодаря деятельности микробов осуществляется минерализация органических остатков, что обеспечивает непрерывное поступление в атмосферу углекислоты, без которой невозможен фотосинтез растениями. Они принимают самое активное участие в различных геологических процессах. Выветривание горных пород, формирование почв, образование селитры, различных руд (в том числе серных), известняков, нефти, каменного угля, торфа - все эти и многие другие процессы протекают при непосредственном участии микроорганизмов.

Со многими микробами люди сталкиваются с очень давних времен: при закваске теста, изготовлении кисломолочных продуктов, пива, вина, уксуса и пр. Микроорганизмы участвуют в процессах самоочищения окружающей среды. Их жизнедеятельность лежит в основе промышленных процессов, связанных с выпуском антибиотиков, витаминов, стимуляторов роста, кормов для скота и пр.

Велика положительная роль микроорганизмов. Однако многие из них наносят существенный ущерб, вызывая порчу и разрушение различных товаров. Особенно легко поддаются воздействию микроорганизмов продовольственные товары. Поэтому в производстве многих из этих товаров усилия человека направлены на то, чтобы предотвратить или задержать развитие вредных микроорганизмов. Одной из важнейших задач для товароведов продовольственных товаров является обеспечение определенных условий их хранения и перевозки, которые позволили бы уберечь товары от воздействия микробов и тем самым сохранить их качество. Как во время производства, так и при хранении и перевозке товаров человек постоянно ведет борьбу с микроорганизмами посредством охлаждения, замораживания или, наоборот, нагреванием продукта до высоких температур, а также путем консервирования с помощью различных химических веществ и т. д. Разработка и применение всех этих процессов основаны на знании микробиологии. Многие биохимические превращения, протекающие в пищевых продуктах - овощах, мясе, рыбе, молоке и т. д. - и являющиеся следствием жизнедеятельности микроорганизмов, невозможно должным образом осмыслить без знания микробиологии. Ознакомление с микробиологией позволяет работникам торговли широко и сознательно проводить профилактические мероприятия против распространения пищевых инфекций и отравлений.

Самостоятельная работа № 6 Вирусы и бактериофаги

Вимрус (лат. virus -- «яд») -- неклеточный инфекционный агент, который может воспроизводиться только внутри живыхклеток. Вирусы поражают все типы организмов, от растений и животных до бактерий и архей (вирусы бактерий обычно называют бактериофагами). Обнаружены также вирусы, поражающие другие вирусы (вирусы-сателлиты).

Со времени публикации в 1892 году статьи Дмитрия Ивановского, описывающей небактериальный патоген растенийтабака, и открытия в 1898 году Мартином Бейеринком вируса табачной мозаики были детально описаны более 5 тысяч видов вирусов, хотя предполагают, что их существуют миллионы]. Вирусы обнаружены почти в каждой экосистеме наЗемле, являясь самой многочисленной биологической формой. Изучением вирусов занимается наука вирусология, раздел микробиологии.

Вирусные частицы (вирионы) состоят из двух или трёх компонентов: генетического материала в виде ДНК или РНК(некоторые, например мимивирусы, имеют оба типа молекул); белковой оболочки (капсида), защищающей эти молекулы, и, в некоторых случаях, -- дополнительных липидных оболочек. Наличие капсида отличает вирусы от вирусоподобных инфекционных нуклеиновых кислот -- вироидов. В зависимости от того, каким типом нуклеиновой кислоты представлен генетический материал, выделяют ДНК-содержащие вирусы и РНК-содержащие вирусы; на этом принципе основанаклассификация вирусов по Балтимору. Ранее к вирусам также ошибочно относили прионы, однако впоследствии оказалось, что эти возбудители представляют собой особые инфекционные белки и не содержат нуклеиновых кислот. Форма вирусов варьирует от простой спиральной и икосаэдрической до более сложных структур. Размеры среднего вируса составляют около одной сотой размеров средней бактерии. Большинство вирусов слишком малы, чтобы быть отчётливо различимыми под световым микроскопом.

Вирусы являются облигатными паразитами, так как не способны размножаться вне клетки. Вне клетки вирусные частицы не проявляют признаки живого и ведут себя как частицы биополимеров. От живых организмов, являющихся внутриклеточными паразитами, вирусы отличаются полным отсутствием основного и энергетического обмена и отсутствием сложнейшего элемента живых систем -- аппарата трансляции (синтеза белка), степень сложности которого превышает таковую самих вирусов.

Появление вирусов на эволюционном древе жизни неясно: некоторые из них могли образоваться из плазмид, небольших молекул ДНК, способных передаваться от одной клетки к другой, в то время как другие могли произойти от бактерий. В эволюции вирусы являются важным средством горизонтального переноса генов, обусловливающего генетическое разнообразие[9].

Вирусы распространяются многими способами: вирусы растений часто передаются от растения к растению насекомыми, питающимися растительными соками, к примеру, тлями; вирусы животных могут распространяться кровососущими насекомыми, такие организмы известны как переносчики. Вирус гриппа распространяется воздушно-капельным путём прикашле и чихании. Норовирус и ротавирус, обычно вызывающие вирусные гастроэнтериты, передаются фекально-оральным путём при контакте с заражённой пищей или водой. ВИЧ является одним из нескольких вирусов, передающихся половым путём и при переливании заражённой крови. Каждый вирус имеет определённую специфичность к хозяевам, определяющуюся типами клеток, которые он может инфицировать. Круг хозяев может быть узок или, если вирус поражает многие виды, широк[10].

У животных вирусные инфекции вызывают иммунный ответ, который чаще всего приводит к уничтожению болезнетворного вируса. Иммунный ответ также можно вызвать вакцинами, дающими активный приобретённый иммунитет против конкретной вирусной инфекции. Однако некоторым вирусам, в том числе и возбудителям СПИДа и вирусных гепатитов, удаётся ускользнуть от иммунного ответа, вызывая хроническую болезнь. Антибиотики не действуют на вирусы, однако было разработано несколько противовирусных препаратов.

Бактериофамги или фамги (от др.-греч. ???? -- «пожираю») -- вирусы, избирательно поражающие бактериальные клетки. Чаще всего бактериофаги размножаются внутри бактерий и вызывают их лизис. Как правило, бактериофаг состоит из белковой оболочки и генетического материала одноцепочечной или двуцепочечной нуклеиновой кислоты (ДНК или, реже,РНК).

Бактериофаги представляют собой наиболее многочисленную, широко распространённую в биосфере и, предположительно, наиболее эволюционно древнюю группу вирусов. Приблизительный размер популяции фагов составляет более 1030 фаговых частиц.

В природных условиях фаги встречаются в тех местах, где есть чувствительные к ним бактерии. Чем богаче тот или иной субстрат (почва, выделения человека и животных, вода и т. д.) микроорганизмами, тем в большем количестве в нём встречаются соответствующие фаги. Так, фаги, лизирующие клетки всех видов почвенных микроорганизмов, находятся в почвах. Особенно богаты фагами чернозёмы и почвы, в которые вносились органические удобрения.

Бактериофаги выполняют важную роль в контроле численности микробных популяций, в автолизе стареющих клеток, в переносе бактериальных генов, выступая в качестве векторных «систем».

Действительно, бактериофаги представляют собой один из основных подвижных генетических элементов. Посредством трансдукцииони привносят в бактериальный геном новые гены. Было подсчитано, что за 1 секунду могут быть инфицированы 1024 бактерий[8]. Это означает, что постоянный перенос генетического материала распределяется между бактериями, обитающими в сходных условиях.

Высокий уровень специализации, долгосрочное существование, способность быстро репродуцироваться в соответствующем хозяине способствует их сохранению в динамичном балансе среди широкого разнообразия видов бактерий в любой природной экосистеме. Когда подходящий хозяин отсутствует, многие фаги могут сохранять способность к инфицированию на протяжении десятилетий, если не будут уничтожены экстремальными веществами либо условиями внешней среды.

Самостоятельная работа № 7 Питание микроорганизмов

Обмен веществ у микроорганизмов состоит из двух основных процессов: 1) получения из окружающей среды необходимых питательных веществ и синтеза из них составных частей клетки и 2) выделения в окружающую среду продуктов жизнедеятельности. Первый из этих процессов, собственно, и является питанием. Обмен веществ у микроорганизмов происходит путем осмоса через всю поверхность клетки. Осмос означает медленное проникновение (просачивание) жидкости и растворенных в ней веществ через полупроницаемую перепонку. У микроорганизмов явление осмоса возникает вследствие разницы концентраций веществ внутри микробной клетки и вне ее.

Роль полупроницаемой перепонки при этом выполняет оболочка микроба. Сквозь нее внутрь клетки поступают в виде растворов нужные вещества и удаляются также в виде растворов продукты жизнедеятельности. Растворенные в клетке вещества создают внутри нее определенное давление, которое называется осмотическим. Чем больше концентрация растворенных веществ, тем выше осмотическое давление. При повышении концентрации веществ внутри клетки, в силу осмотических законов, через оболочку усиливается извне приток воды, которая стремится как бы разбавить концентрированный раствор в клетке до концентрации раствора вне ее и тем самым уравнять осмотическое давление по обе стороны оболочки. Биохимические процессы, протекающие внутри клетки, постепенно приводят к накоплению в клетке веществ - продуктов жизнедеятельности. На основе тех же осмотических законов эти вещества по мере накопления начинают двигаться в сторону их меньшей концентрации, т. е. за пределы клетки. В свою очередь, клетка станет получать нужные ей вещества, концентрация которых в клетке ниже, чем в питательном субстрате. Таким образом, растворитель (вода) движется в сторону более высокой концентрации раствора, а растворенные вещества - в сторону их меньшей концентрации.

В живой микробной клетке концентрация веществ всегда несколько выше, чем в окружающей среде. Поэтому происходит слабый избыточный приток воды из внешней среды внутрь клетки, вследствие чего ее эластичная оболочка напрягается. Такое состояние клетки называется туpгopом, а давление, растягивающее оболочку, тургорным. Нормальное состояние микробной клетки всегда характеризуется определенным тургорным давлением. Если микробная клетка попадает в концентрированный раствор, осмотическое давление которого выше, чем в самой клетке, то протоплазма ее начинает терять воду, отдавая ее внешней среде. Врезультате протоплазма сжимается и отстает от оболочки. Такое явление называется плазмолизом клетки. Наоборот, при чрезмерном притоке воды в микробную клетку протоплазма переполняется водой, разбухает и растягивает клеточную оболочку вплоть до ее разрыва. Это явление, обратное плазмолизу, называется плазмоптисом. На явлении плазмолиза основано консервирование продуктов поваренной солью и сахаром. Концентрированные растворы этих веществ обезвоживают протоплазму микробных клеток и вызывают их гибель. Источниками питания микроорганизмов могут служить самые разнообразные вещества. Одни микробы питаются неорганическими соединениями, получая нужные углерод и азот из неорганических веществ, и затем строят из них органические соединения. Такие микроорганизмы называются автотрофными. Среди автотрофных микробов встречаются такие, которые усваивают углекислый газ, подобно зеленым растениям, с использованием солнечной энергии (фотосинтез). К ним относятся, например, некоторые пигментные бактерии, зеленые и пурпурные серобактерии. В их клетках находятся пигменты, выполняющие роль хлорофилла зеленых растений.

Некоторые автотрофные микроорганизмы для синтеза нужных органических соединений вместо солнечной энергии используют энергию химических реакций окисления минеральных веществ (хемосинтез). К числу таких микробов принадлежат водородные бактерии, окисляющие водород с образованием воды, нитрифицирующие бактерии, окисляющие аммиак в азотную кислоту, и др. Многие микробы в качестве источников питания могут использовать только готовые органические соединения. Эти микроорганизмы называются гетеротрофными.Среди гетеротрофных микроорганизмов есть такие, которые живут за счет органических остатков животного и растительного мира. Их называют сапрофитами. К ним относятся микроорганизмы, разлагающие различные органические вещества в почве и воде, и микроорганизмы, вызывающие порчу пищевых продуктов. Сапрофитами являются многие бактерии, плесневые грибки и дрожжи.

Большинство сапрофитов использует в качестве источников азота различные белковые вещества, а в отдельных случаях - неорганические азотистые соединения (соли аммония и азотной кислоты).Часть гетеротрофных микроорганизмов способна развиваться только в живом организме, питаясь его органическими веществами. Такие гетеротрофы называются паразитами. К их числу относятся микроорганизмы - возбудители различных заболеваний человека, животных и растений. Паразиты особенно требовательны к источникам азота, они могут существовать лишь за счет белков того организма, в котором паразитируют.Все микроорганизмы нуждаются в источниках минеральных веществ, а также витаминов.

Потребность микроорганизмов в минеральных веществах незначительна; достаточно сказать, что 10 млрд. бактериальных клеток содержат всего 1 мг минеральных веществ. Однако без них рост микроорганизмов невозможен. Многие микроорганизмы получают минеральные элементы (фосфор, серу, калий, магний, железо) из минеральных солей, другие лучше усваивают эти элементы из органических веществ. Источником микроэлементов (меди, цинка, никеля, марганца и других) для микробов является обычно тот же субстрат, из которого они получают все другие элементы питания. Вода и прочие питательные вещества служат источником кислорода и водорода.

Для нормального роста микроорганизмы нуждаются в витаминах группы В (B1, В2, В3 и т.д.), С, РР и др. При отсутствии какого-либо витамина в питательной среде у микроорганизмов резко нарушается обмен веществ и рост микробных клеток становится невозможным. Некоторые же микробы могут нормально развиваться на питательной среде, не содержащей витаминов. Они способны сами вырабатывать витамины и накапливать их в своем теле, иногда в очень значительных количествах. Отдельные из таких микробов используются для промышленного получения витаминов (В2, В12).Изучение и практическое использование микроорганизмов связано с необходимостью их выращивания в искусственных условиях. Для этого в лабораториях или предприятиях приготавливают так называемые питательные среды.

С помощью таких специально приготовленных питательных сред удается получать чистые культуры микроорганизмов, т. е. микроорганизмы только определенного вида, без примесей других микроорганизмов. Чистую культуру получают путем высаживания на питательную среду одной или нескольких клеток данного микроба.

Универсальной питательной среды нет, так как создать универсальный питательный субстрат, пригодный для всех микроорганизмов, невозможно в силу специфичности требований различных микроорганизмов. Многие микроорганизмы хорошо развиваются на мясных бульонах, молоке, овощных и фруктовых отварах, вареном картофеле, хлебе и т. д. Для выращивания микроорганизмов пользуются и искусственно составленными питательными средами. Искусственные среды могут быть жидкие и твердые. К числу жидких питательных сред относится, например, мясопептонный бульон, в состав которого входят мясной бульон, пептон и соль. Твердые питательные среды получают добавлением в жидкую среду агар-агара или желатина, которые в водных растворах образуют студни.

Самостоятельные работы № 8. Факторы влияющие на развитие микроорганизмов

Изменение условий внешней среды оказывает воздействие на жизнедеятельность микроорганизмов. Физические, химические, биологические факторы среды могут ускорять или подавлять развитие микробов, могут изменять их свойства или даже вызывать гибель.

К факторам среды, оказывающим наиболее заметное действие на микроорганизмы, относятся влажность, температура, кислотность и химический состав среды, действие света и других физических факторов.

Влажность

Микроорганизмы могут жить и развиваться только в среде с определенным содержанием влаги. Вода необходима для всех процессов обмена веществ микроорганизмов, для нормального осмотического давления в микробной клетке, для сохранения ее жизнеспособности. У различных микроорганизмов потребность в воде не одинакова. Бактерии относятся в основном к влаголюбивым, при влажности среды ниже 20 % их рост прекращается. Для плесеней нижний предел влажности среды составляет 15%, а при значительной влажности воздуха и ниже. Оседание водяных паров из воздуха на поверхность продукта способствует размножению микроорганизмов.

При снижении содержания воды в среде рост микроорганизмов замедляется и может совсем прекращаться. Поэтому сухие продукты могут храниться значительно дольше продуктов с высокой влажностью. Сушка продуктов позволяет сохранять продукты при комнатной температуре без охлаждения.

Некоторые микробы очень устойчивы к высушиванию, некоторые бактерии и дрожжи в высушенном состоянии могут сохраняться до месяца и более. Споры бактерий и плесневых грибов сохраняют жизнеспособность при отсутствии влаги десятки, а иногда и сотни лет.

Температура

Температура -- важнейший фактор для развития микроорганизмов. Для каждого из микроорганизмов существует минимум, оптимум и максимум температурного режима для роста. По этому свойству микробы подразделяются на три группы:

§ психрофилы - микроорганизмы, хорошо растущие при низких температурах с минимумом при -10-0 °С, оптимумом при 10-15 °С;

§ мезофилы - микроорганизмы, для которых оптимум роста наблюдается при 25-35 °С, минимум -- при 5-10 °С, максимум -- при 50-60 °С;

§ термофилы - микроорганизмы, хорошо растущие при относительно высоких температурах с оптимумом роста при 50-65 °С, максимумом -- при температуре более 70 °С.

Большинство микроорганизмов относится к мезофилам, для развития которых оптимальной является температура 25-35 °С. Поэтому хранение пищевых продуктов при такой температуре приводит к быстрому размножению в них микроорганизмов и порче продуктов. Некоторые микробы при значительном накоплении в продуктах способны привести к пищевым отравлениям человека. Патогенные микроорганизмы, т.е. вызывающие инфекционные заболевания человека, также относятся к мезофилам.

Низкие температуры замедляют рост микроорганизмов, но не убивают их. В охлажденных пищевых продуктах рост микроорганизмов замедленно, но продолжается. При температуре ниже О °С большинство микробов прекращают размножаться, т.е. при замораживании продуктов рост микробов останавливается, некоторые из них постепенно отмирают. Установлено, что при температуре ниже О °С большинство микроорганизмов впадают в состояние, похожее на анабиоз, сохраняют свою жизнеспособность и при повышении температуры продолжают свое развитие. Это свойство микроорганизмов следует учитывать при хранении и дальнейшей кулинарной обработке пищевых продуктов. Например, в замороженном мясе могут длительно сохраняться сальмонеллы, а после размораживания мяса они в благоприятных условиях быстро накапливаются до опасного для человека количества.

При воздействии высокой температуры, превышающей максимум выносливости микроорганизмов, происходит их отмирание. Бактерии, не обладающие способностью образовывать споры, погибают при нагревании во влажной среде до 60-70 °С через 15-30 мин, до 80-100 °С -- через несколько секунд или минут. У спор бактерий термоустойчивость значительно выше. Они способны выдерживать 100 °С в течение 1-6 ч, при температуре 120-130 °С споры бактерий во влажной среде погибают через 20-30 мин. Споры плесеней менее термостойки.

Тепловая кулинарная обработка пищевых продуктов в общественном питании, пастеризация и стерилизация продуктов в пищевой промышленности приводят к частичной или полной (стерилизация) гибели вегетативных клеток микроорганизмов.

При пастеризации пищевой продукт подвергается минимальному температурному воздействию. В зависимости от температурного режима различают низкую и высокую пастеризацию.

Низкая пастеризация проводится при температуре, не превышающей 65-80 °С, не менее 20 мин для большей гарантии безопасности продукта.

Высокая пастеризация представляет собой кратковременное (не более 1 мин) воздействие на пастеризуемый продукт температуры выше 90 °С, которая приводит к гибели патогенной неспороносной микрофлоры и в то же время не влечет за собой существенных изменений природных свойств пастеризуемых продуктов. Пастеризованные продукты не могут храниться без холода.

Стерилизация предусматривает освобождение продукта от всех форм микроорганизмов, в том числе и спор. Стерилизация баночных консервов проводится в специальных устройствах -- автоклавах (под давлением пара) при температуре 110-125°С в течение 20-60 мин. Стерилизация обеспечивает возможность длительного хранения консервов. Молоко стерилизуется метолом ультравысокотемпературной обработки (при температуре выше 130 °С) в течение нескольких секунд, что позволяет сохранить все полезные свойства молока.

Реакция среды

Жизнедеятельность микроорганизмов зависит от концентрации водородных (Н+) или гидроксильных (ОН-) ионов в субстрате, на котором они развиваются. Для большинства бактерий наиболее благоприятна нейтральная (рН около 7) или слабощелочная среда. Плесневые грибы и дрожжи хорошо растут при слабокислой реакции среды. Высокая кислотность среды (рН ниже 4,0) препятствует развитию бактерий, однако плесени могут продолжать расти и в более кислой среде. Подавление роста гнилостных микроорганизмов при подкислении среды имеет практическое применение. Добавление уксусной кислоты используется при мариновании продуктов, что препятствует процессам гниения и позволяет сохранить продукты. Образующаяся при квашении молочная кислота также подавляет рост гнилостных бактерий.

Концентрация соли и сахара

Поваренная соль и сахар издавна используются для повышения стойкости продуктов к микробной порче и лучшей сохранности пищевых продуктов.

Повышение содержания растворенных веществ (соли или сахара) в питательной среде сказывается на величине осмотического давления внутри микроорганизмов, вызывает их обезвоживание. При повышении концентрации поваренной соли в субстрате более 3-4 % размножение многих, в том числе гнилостных, микроорганизмов замедляется, при концентрации более 7-12% -- прекращается.

Некоторые микроорганизмы нуждаются для своего развития в высоких концентрациях соли (20 % и выше). Их называют солелюбивыми, или галофилами. Они могут вызывать порчу соленых продуктов.

Высокие концентрации сахара (выше 55-65 %) прекращают размножение большинства микроорганизмов, это используется при приготовлении из плодов и ягод варенья, джема или повидла. Однако эти продукты тоже могут подвергаться порче в результате размножения осмофильных плесеней или дрожжей.

Свет

Некоторым микроорганизмам свет необходим для нормального развития, но для большинства из них он губителен. Ультрафиолетовые лучи солнца обладают бактерицидным действием, т. е. при определенных дозах облучения приводят к гибели микроорганизмов. Бактерицидные свойства ультрафиолетовых лучей ртутно-кварцевых ламп используют для дезинфекции воздуха, воды, некоторых пищевых продуктов. Инфракрасные лучи тоже могут вызвать гибель микробов за счет теплового воздействия. Воздействие этих лучей применяют при тепловой обработке продуктов. Негативное воздействие на микроорганизмы могут оказывать электромагнитные поля, ионизирующие излучения и другие физические факторы среды.

Химические факторы

Некоторые химические вещества способны оказывать на микроорганизмы губительное действие. Химические вещества, обладающие бактерицидным действием, называют антисептиками. К ним относятся дезинфицирующие средства (хлорная известь, гипохлориты и др.), используемые в медицине, на предприятиях пищевой промышленности и общественного питания.

Некоторые антисептики применяются в качестве пищевых добавок (сорбиновая и бензойная кислоты и др.) при изготовлении соков, икры, кремов, салатов и других продуктов.

Биологические факторы

Между различными микроорганизмами могут устанавливаться разные взаимоотношения: симбиоз- взаимовыгодные отношения; метабиоз -- жизнедеятельность одного за счет другого без принесения вреда; паразитизм жизнедеятельность одного за счет другого с причинением ему вреда; антагонизм -- один из видов микроорганизмов угнетает развитие другого, что может привести к гибели микробов. Например, развитие молочнокислых бактерий угнетает рост гнилостных, эти антагонистические взаимоотношения используют при квашении овощей или для поддержания нормальной микрофлоры в кишечнике человека.

Антагонистические свойства некоторых микроорганизмов объясняются способностью их выделять в окружающую среду вещества, обладающие антимикробным (бактериостатическим, бактерицидным или фунгицидным) действием, -антибиотики. Антибиотики продуцируются в основном грибами, реже бактериями, они оказывают свое специфическое действие на определенные виды бактерий или грибов (фунгицидное действие). Антибиотики применяются в медицине (пенициллин, левомицетин, стрептомицин и др.), в животноводстве в качестве кормовой добавки, в пищевой промышленности для консервирования пищевых продуктов (низин).Антибиотическими свойствами обладают фитонциды -- вещества, обнаруженные во многих растениях и пищевых продуктах (лук, чеснок, редька, хрен, пряности и др.). К фитонцидам относятся эфирные масла, антоцианы и другие вещества. Они способны вызывать гибель патогенных микроорганизмов и гнилостных бактерий.

В яичном белке, рыбной икре, слезах, слюне содержится лизоцим -- антибиотическое вещество животного происхождения.

Самостоятельная работа №9 Вода-причина массового заболевания людей

В отдельных случаях, когда питьевая вода является недоброкачественной, она может стать причиной эпидемий. Исключительно большое значение имеет водный фактор в распространении: острых кишечных инфекций; глистных инвазий; вирусных заболеваний; важнейших тропических трансмиссивных заболеваний. Основным резервуаром патогенных микроорганизмов, кишечных вирусов, яиц гельминтов в окружающей среде являются фекалии и хозяйственно-бытовые сточные воды, а также теплокровные животные (крупный рогатый скот, домашняя птица и дикие животные).

Классические водные эпидемии инфекционных заболеваний регистрируются сегодня преимущественно в странах с низким уровнем жизни. Однако и в экономически развитых странах Европы, Америки регистрируются локальные эпидемические вспышки кишечных инфекций.Через воду могут передаваться многие инфекционные заболевания, в первую очередь холера. История знала 6 пандемий холеры. По данным ВОЗ, в 1961-1962 гг. началась 7-я пандемия холеры, которая достигла максимума к 1971 г. Особенность ее состоит в том, что она вызывалась холерным вибрионом Эль-Тор, который более длительно выживает в окружающей среде.

Распространение холеры в последние годы связано с целым рядом причин:

- несовершенством совеменных систем водоснабжения;

- нарушениями международного карантина;

- усиленной миграцией людей;

- быстрой перевозкой загрязненных продуктов и воды водным и воздушным транспортом;

- распространенным носительством штамма Эль-Тор (от 9,5 до 25 %).

Водный путь распространения особенно характерен для брюшного тифа. До устройства централизованного водоснабжения водные эпидемии брюшного тифа были обычными для городов Европы и Америки. Менее чем за 100 лет, с 1845 по 1933 г., описаны 124 водные вспышки брюшного тифа, причем 42 из них возникли в условиях централизованного водоснабжения, и 39 эпидемий. Эндемичным по брюшному тифу был Петербург. Крупные водные эпидемии брюшного тифа имели место в Ростове-на-Дону в 1927 г. и в Краснодаре в 1928 г.

Паратифозные водные эпидемии, как самостоятельные, встречаются крайне редко и обычно сопровождают эпидемии брюшного тифа.

Сегодня достоверно установлено, что через воду может передаваться и дизентерия - бактериальная и амебная, иерсениозы, кампилобактериозы. Сравнительно недавно возникла проблема заболеваний, вызванных легионеллами. Легионеллы поступают с аэрозолями через дыхательные пути и занимают второе место после пневмококков в качестве причины воспаления легких. Чаще заражаются в бассейнах или на курортах в местах использования термальных вод, при вдыхании водяной пыли вблизи фонтанов.