дростатическое давление до 1000 ати. Выделены облигатные барофилы,. которые не способны расти при давлении ниже 500 ати. Но есть виды, не выдерживающие даже незначительного превышения давления над атмосферным.

Отдельные представители микроорганизмов чрезвычайно устойчивы к ионизирующей радиации и способны расти даже в воде охлаждающих контуров атомных реакторов (Deinococcus radiodu-rans, некоторые дрожжи).

Важным фактором, от которого зависит рост микроорганизмов, является осмотическое давление. В то время как большинство организмов не размножаются при концентрации соли (NaCl) в среде более 0,5 М, экстремальные галофилы нуждаются в содержании в среде от 2,5 М и выше до насыщенного раствора NaCl.

Микроорганизмы чувствительны к кислотности окружающей среды. Экстремальные ацидофилы могут расти от рН 0,5—1,0, а алкалофилы — при рН до 10,0—11,0. Однако большинство микроорганизмов растут в средах с рН близким 7,0.

По отношению к молекулярному кислороду микроорганизмы делятся на облигатных аэробов и анаэробов (факультативных, аэротолерантных и строгих). Подавляющая часть известных микроорганизмов являются аэробами, способными расти лишь в присутствии молекулярного кислорода, но некоторых угнетает его обычная концентрация в воздухе, и они могут расти лишь при незначительном его содержании в газовой фазе (до 1,0—5,0%). Последних называют микроаэрофилами. Факультативные анаэробы могут расти как в присутствии 1Молекулярного кислорода, так и в его отсутствие, изменяя свой метаболизм, например с дыхания на брожение (некоторые дрожжи). Рост аэротолерантных анаэробов не угнетается из-за небольшого содержания молекулярного кислорода, однако эти микроорганизмы кислород не используют (например, молочнокислые бактерии). Строгие же анаэробы не выдерживают даже следов молекулярного кислорода в среде, где они растут, он является для них ядом (метаногены, ацетогены, большинство сульфатредукторов, некоторые грибы, а также отдельные виды простейших).

1.4. ОБМЕН ВЕЩЕСТВ

Энергетические и конструктивные процессы, осуществляемые микроорганизмами, отличаются большим разнообразием (табл.2).

В зависимости от соединений углерода, которые используются в конструктивном обмене, микроорганизмы подразделены на авто-трофов, осуществляющих синтез углеродсодержащих клеточных компонентов из СОг, и гетеротрофов, которые нуждаются для этих целей в готовых органических веществах. Среди гетеротрофов основная часть микроорганизмов представлена сапрофитами (сапро-трофами), которые используют органические соединения, образуемые в процессе жизнедеятельности или распада других организмов. Гетеротрофные микроорганизмы включают виды, способные расти при наличии простых органических веществ в среде, и обли-гатных паразитов (паратрофов), которые полностью зависят от метаболизма хозяина, используя синтезируемые им различные сложные органические вещества.

Широкие возможности микроорганизмы проявляют при утилизации соединений азота. Большинство про- и эукариот использует восстановленные соединения азота (чаще всего соли аммония), некоторые нуждаются в готовых аминокислотах, а другие усваивают и окисленные его формы (прежде всего нитраты). Значительное число прокариот, свободноживущих и симбиотических, обладают способностью фиксировать молекулярный азот. Это свойство отмечено только для прокариот и обнаружено у аэробов и анаэробов.

Фосфор, входящий в состав нуклеиновых кислот и других соединений клетки, извлекается микроорганизмами преимущественно из фосфатов. Источником серы, которая необходима для биосинтеза аминокислот и некоторых кофакторов, чаще всего является сульфат. Лишь некоторые виды микроорганизмов, не способные к ассимиляционной сульфатредукции, нуждаются в восстановленных соединениях серы.

Энергетические процессы, осуществляемые микроорганизмами, включают фотосинтез, брожения, аэробное и анаэробные дыхания. Все они приводят в конечном итоге к запасанию энергии главным образом в АТФ, которая расходуется на различные энергопотребляющие процессы.

Синтез АТФ у микроорганизмов может происходить различными путями. При окислительном и фотосинтетическом фосфорили-ровании, которые связаны с мембранами и поэтому объединены под общим названием мембранного фосфорилирования, преобразование энергии происходит вначале в форме трансмембранного электрохимического потенциала ионов водорода или Na+ в то время как субстратное фосфорилирование приводит к запасанию энергии непосредственно в макроэргических связях АТФ и других химических соединений.

1.5. МИКРООРГАНИЗМЫ В ПРИРОДЕ И БИОТЕХНОЛОГИИ

Сообщество микроорганизмов в естественных местах обитания является важнейшим фактором, определяющим целостность экологических систем в природе. В особых условиях микроорганизмы могут представлять единственную форму жизни. В процессе эволюции выработались различные типы взаимоотношения между микроорганизмами. Тесная связь между ними (симбиоз) строится на различных характерах зависимости партнеров: взаимовыгода (мутуализм), неблагоприятное влияние на одного из партнеров (паразитизм), реже — индифферентные отношения друг с другом (нейтрализм).

Изучение микробного мира расширяет рамки наших представлений о границах живой природы и свидетельствует об активном участии микроорганизмов в кругообороте веществ на Земле. Используя и образуя метан, поглощая СО и СОг, трансформируя

всевозможные органические соединения в разных, в том числе экстремальных, условиях, микроорганизмы активно участвуют в цикле превращения углерода. Фиксируя молекулярный азот, окисляя аммиак и нитриты, осуществляя денитрификацию, микроорганизмы обеспечивают азотный круговорот в природе, а способность окислять восстановленные серосодержащие соединения и восстанавливать окисленные определяет их роль в круговороте серы.

Влияние микроорганизмов не всегда позитивно: некоторые из них вызывают тяжелые заболевания у человека, животных и растений. Нередки случаи, когда микроорганизмы приводят к порче сельскохозяйственной продукции, разрушению подземных частей зданий, трубопроводов и металлических конструкций шахт. Изучение свойств таких микроорганизмов позволяет разработать эффективные способы защиты от вызываемых ими повреждений. С другой стороны, положительное значение микроорганизмов для практики невозможно переоценить. С помощью грибов и бактерий готовят хлеб, вино, пиво, квас, молочнокислые продукты, закваски. При участии микробов получают ацетон и бутанол, уксус, лимонную кислоту, некоторые витамины, ряд ферментов, антибиотики и 1каротиноиды. Микробы участвуют в трансформации стероидных гормонов и других соединений. Их используют для получения белка и ряда аминокислот. Реализуется идея использования микробных ферментов в диагностических целях. Применение микробных комплексов для превращения сельскохозяйственных отходов в биогаз (смесь метана и углекислоты) или этанол открывает возможность создания принципиально новых систем восполнения энергетических ресурсов. В последние годы микроорганизмы, особенно прокариоты, широко применяют в качестве объектов генной инженерии для клонирования генов и создания векторов.

Потенциал микроорганизмов в практическом отношении неисчерпаем. Углубление знаний о жизнедеятельности этих микроскопических, но макрозначимых существ открывает новые направления их эффективного использования в биотехнологии.

ГЛАВА 2

МИКРОБИОЛОГИЧЕСКАЯ ЛАБОРАТОРИЯ И ПРАВИЛА РАБОТЫ В НЕЙ

Микробиологи имеют дело с популяциями (культурами) микроорганизмов, состоящими из миллионов особей. Культуру, содержащую микроорганизмы одного вида, называют чистой. Если в культуре содержится более одного вида микроорганизмов, она носит название смешанной. В микробиологической практике используют главным образом чистые культуры микроорганизмов. Ввиду того что в воздухе и на поверхности предметов (на столах, инструментах, одежде), а также на руках, волосах и т. д. всегда имеется большое количество разнообразных микроорганизмов, следует постоянно заботиться о сохранении чистоты изучаемых культур. Требование чистоты культур в значительной степени определяет специфику устройства микробиологической лаборатории и правила работы микробиолога.

Микробиологическая лаборатория включает ряд помещений, где проводят работу с микроорганизмами или подготовку к ней. Под лабораторные комнаты отводят наиболее светлые, просторные помещения, естественное освещение которых должно составлять не менее ПО лк. Поверхность столов и пол всех лабораторных помещений покрывают легко моющимся материалом — пластиком или линолеумом, а стены на высоту 170 см от пола окрашивают в светлые тона масляной краской. Основное рабочее помещение оборудовано столами лабораторного типа, шкафами и полками для хранения аппаратуры, посуды и реактивов. Столы имеют подводку электроэнергии и снабжены газовыми горелками.

Кроме основного рабочего помещения лаборатория имеет сте-рилизационную, где размещены автоклавы и сушильные шкафы, бокс, моечную, холодильную комнату, термостаты или термостатированные комнаты для выращивания микроорганизмов, помещение для хранения культур и т. д. Бокс служит для пересевов микроорганизмов и представляет собой небольшую изолированную комнату, разделенную перегородкой на две части. Входят в рабочее помещение бокса через тамбур с раздвижной дверью, что исключает резкое перемещение воздуха и, следовательно, занесение извне посторонних микроорганизмов. Оборудование бокса состоит из стола, стула, газовой горелки и бактерицидной лампы, укрепленной в специальном штативе или смонтированной на потолке бокса. Удобно иметь в боксе подсобный стол, на котором размещают необходимые во время работы предметы.

Широко используют настольные боксы разных конструкций — от камер с полностью открытой передней панелью до герметически закрытых камер, работа в которых осуществляется под отрицательным воздушным давлением с помощью прикрепленных к передней панели резиновых перчаток. В некоторых боксах («лами-нарах») чистота атмосферы рабочего пространства обеспечивается циркуляцией стерильного воздушного потока внутри камеры.

2.1. ПОД