Особенности и типы метаболизма микроорганизмов, условия культивирования микроорганизмов- автотрофов и гетеротрофов

Метаболизм (обмен веществ) микроорганизмов представляет собой совокупность двух взаимосвязанных противоположных процессов катаболизма и анаболизма.

Катаболизм (диссимиляция) - распад веществ в процессе ферментативных реакций и накопление выделяемой при этом энергии в молекулах АТФ.

Анаболизм (ассимиляция) - синтез веществ с затратой энергии.

Особенности метаболизма микроорганизмов состоят в том, что:

-его интенсивность имеет достаточно высокий уровень, что возможно обусловлено гораздо большим соотношением поверхности к единице массы, чем у многоклеточных;

-процессы диссимиляции преобладают над процессами ассимиляции;

субстратный спектр потребляемых бактериями веществ очень широк - от углекислого газа, азота, нитритов, нитратов до органических соединений, включая антропогенные вещества - загрязнители окружающей среды (обеспечивая тем самым процессы ее самоочищения);

-бактерии имеют очень широкий набор различных ферментов - это также способствует высокой интенсивности метаболических процессов и широте субстратного спектра.

Классификация микроорганизмов по типу метаболизма

1.Фотоавтотрофы – используют свет как источник энергии и СО2 в качестве основного источника углерода. Эта группа включает большинство фотосинтезирующих микроорганизмов, высшие растения, водоросли.

2.Фотогетеротрофы – используют свет в качестве источника энергии и как основной источник углерода какое-нибудь органическое вещество. Сюда относят некоторые пурпурные и зеленые бактерии.

3.Хемоорганогетеротрофы – используют органические химические соединения как основной источник энергии и основной источник углерода

4.Хемолитоорганотрофы – используют химические неорганические соединения как источник энергии (чаще Н2, восстановленное железо и марганец) и органические соединения как источник углерода.

5.Хемоорганоавтотрофы – используют в качестве источника энергии органические соединения (чаще низкомолекулярные) и в качестве источника углеродного питания используют СО2

6.Хемолитоавтотрофы – используют в качестве источника энергии восстановленные химические соединения и СО2 как источник углеродного питания.

Культивирование – выращивание микроорганизмов на специальных питательных средах.

Автотрофные микроорганизмы способны в качестве единственного источника углерода использовать углекислоту - соединение, содержащее углерод в наиболее окисленной форме. В соответствии с этим при культивировании автотрофов необходимо обеспечить клетки углекислотой. Поэтому в среды для культивирования автотрофов вносят бикарбонат натрия или карбонаты, чаще всего углекислый кальций. В некоторых случаях через среду продумают воздух, обогащенный 1-5% углекислоты.

Потребности гетеротрофных микроорганизмов не могут быть удовлетворены только углекислотой. Для их развития среда должна содержать органические соединения. В зависимости от индивидуальных особенностей гетеротрофы способны использовать различные соединения углерода – кислоты, спирты, углеводы, углеводороды, ароматические соединения.

11. Культивирование клеток животных. Получение гибридов: цели и условия культивирования.

Культивирование клеток представляет собой процесс, посредством которого in vitroотдельные клетки (или единственная клетка) прокариот и эукариот искусственно выращиваются в контролируемых условиях. На практике термин «культура клеток» относится в основном к выращиванию клеток, относящихся к одной ткани, полученных от многоклеточных эукариот, чаще всего животных. Для культивирования вне организма живые клетки могут быть получены несколькими способами. Клетки могут быть выделены из крови, но к росту в культуре способны только лейкоциты. Моноядерные клетки могут быть выделены из мягких тканей с помощью таких ферментов как коллагеназа, трипсин, проназа, разрушающих внеклеточный матрикс[3]. Кроме того, в питательную среду можно поместить кусочки тканей. Культуры клеток, взятых непосредственно от объекта (ex vivo), называются первичными. Большинство первичных клеток, за исключением опухолевых, имеют ограниченный срок использования. После определенного количества делений клетки такие стареют и прекращают делиться, хотя могут при этом не утратить жизнеспособность. Существуют иммортализованные («бессмертные») линии клеток, способные размножаться бесконечно. У большинства опухолевых клеток эта способность является результатом случайной мутации, но у некоторых лабораторных клеточных линий она приобретена искусственно, путем активации гена теломеразыКлетки выращивают в специальных питательных средах, при постоянной температуре, а для клеток млекопитающих обычно необходима также специальная газовая среда, поддерживаемая в инкубаторе клеточных культур[6][7]. Как правило, регулируется концентрация в воздухе углекислого газа и паров воды, но иногда также и кислорода. Питательные среды для разных культур клеток различаются по составу, pH, концентрации глюкозы, составу факторов роста и др.Факторы роста, используемые в питательных средах, чаще всего добавляют вместе с сывороткой крови. Одним из факторов риска при этом является возможность заражения культуры клеток прионами или вирусами. При культивировании одной из важных задач является исключение или сведение к минимуму использование зараженных ингредиентов. Гибриды-это линия клеток, полученная в результате слияния нормальных лимфоцитов с «бессмертными» раковыми клетками. Используется для получения моноклональных антител. Лейкоциты, выделенные из селезенки или крови иммунизированных животных, производят антитела с необходимой специфичностью, Для иммортализации их искусственно сливают с «бессмертной» линией клеток миеломы, в результате чего происходит рекомбинация признаков. После этого линию клонируют и отбирают клоны, способные одновременно к неограниченной пролиферации и производящие антитела против избранного антигена.

12. Цели и методы создания и культивирования суспензионных культур растений. Характеристика протопластов растений: цели и методы получения.

Суспензионная культура — культура отдельных соматических клеток животных и растений или их конгламератов, растущих не прикрепленными к подложке, а во взвешенном состоянии в жидкой среде, в которой с помощью специальной аппаратуры (реакторы, ферментеры) обеспечивается глубокая аэрация и интенсивное перемешивание. С.к. готовят из однослойных культур клеток. Клетки первоначально отслаивают от стекла с помощью растворов версена и трипсина. Осадок клеток после центрифугирования (1000 об. мин) ресуспендируют в свежей питательной среде, а затем выращивают при постоянном перемешивании. С.к. широко используют в качестве модельной системы для изучения путей вторичного метаболизма, индукции ферментов и экспрессии генов, деградации чужеродных соединений, цитологических исследований, для промышленного получения вторичных метаболитов и др. Протопласт — содержимое растительной или бактериальнойклетки, за исключением внешней клеточной оболочки (клеточной стенки), однако вместе с клеточной (плазматической) мембраной.Протопласт включаетцитоплазму,ядро,все органеллы клеточную мембрану. Протопласты можно получать с помощью механических и биохимических (энзиматических) методов. В первых случаях добиваются плазмолиза растительных тканей, например, с помощью 0,1% раствора сахарозы с последующим разрезанием эпидермиса и освобождением протопластов в окружающую питательную среду. Энзиматические методы по-разному эффективны в получении протопластов. Здесь необходимо подбирать ферменты для каждого вида растений, однако наиболее часто используют целлюлазы, пектиназы, гемицеллюлазы как индивидуально, так и в комбинациях.