Чем питается гнилостная бактерия
ГК «Униконс»
Продвижение и реализация комплексных пищевых добавок, антисептиков и др. продукции.
«Антисептики Септоцил»
Септоцил. Бытовая химия, антисептики.
«Петритест»
Микробиологические экспресс-тесты. Первые результаты уже через 4 часа.
«АльтерСтарт»
Закваски, стартовые культуры. Изготовление любых заквасок для любых целей.
ВНИМАНИЕ: Уважаемые клиенты и дистрибьюторы!
Гниение
Микроорганизмы играют большую роль в процессах разрушения белковых веществ. Последние в громадном масштабе происходят в природе, являясь составной частью круговорота веществ.
Обычно гниением называют целый ряд внешне сходных, а по существу весьма различных процессов. Это порча мяса, рыбы, плодов, овощей, древесины, а также процессы, происходящие в почве, навозе и др.
В более узком понимании гниением принято считать процесс разложения белков или субстратов, богатых белком, под влиянием микроорганизмов.
Разрушение молекул белка микроорганизмами ведется с различных позиций — одни продукты расщепления необходимы в качестве пластического материала для построения своего тела, другие используют их как энергетический материал. Последние вызывают более глубокий распад.
С этих позиций порчу древесины, в которой крайне мало белка, нельзя назвать гниением. Термин «гниение» неприменим также к портящимся фруктам и овощам, в которых основная масса сухого вещества приходится на углеводы. Кроме того, следует иметь в виду, что плоды, ягоды, овощи являются живыми организмами и к ним более применимо понятие «микробиологическое заболевание», а не «гниение».
Расщеплять белки с помощью выделенных во внешнюю среду ферментов способны многие микроорганизмы.
Некоторые виды гнилостных бактерий расщепляют белки до пептонов и аминокислот. Другие вызывают более полное расщепление белка с образованием более простых азотистых и безазотистых продуктов — индола, скатола, фенола, жирных кислот, аммиака, метана, углекислоты, водорода. Многие из этих соединений отличаются неприятным запахом.
Гниение легко протекает как при доступе воздуха, так и в условиях полного анаэробиоза.
Первые этапы микробиологического воздействия на белки всегда сводятся к протеолитическому расщеплению сложной белковой молекулы в зависимости от глубины процесса на отдельные составные части — пептоны, полипептиды и аминокислоты.
Схематично этот этап сводится к следующему:
Дальнейшие превращения могут протекать по двум различным направлениям.
Дезаминирование заключается в отщеплении от аминокислот аминной группы в виде аммиака. Различают дезаминирование окислительное, гидролитическое и восстановительное. В каждом случае образуются различные продукты. Ниже рассматривается дезаминирование аминокислот в различных условиях на примере аланина.
Возможны и другие пути дезаминирования, приводящие к образованию иных продуктов, например ненасыщенных соединений.
Декарбоксилирование заключается в отщеплении от аминокислот карбоксильной группы в виде углекислого газа. Декарбоксилирование активнее протекает в кислой среде. В результате, помимо углекислого газа, образуются амины — кадаверин, путреецин и агматин (трупные яды). В настоящее время ядовитость их не считается подтвержденной. Схема образования некоторых аминов приведена ниже:
В практических условиях декарбоксилирование и дезаминирование протекают часто совместно. В результате образуется большое число различных соединений — кислот, спиртов и др. Например, продолжая рассматривать разрушение аминокислот на примере аланина, можно убедиться в возможности образования этих веществ:
При глубоком разрушении серосодержащих аминокислот (метионина и пестеина) образуются сероводород, аммиак, меркаптаны — вещества, обладающие неприятным запахом, ощущаемым даже при ничтожных концентрациях:
Разрушение в процессе гниения аминокислот, имеющих циклическое строение, приводит к образованию веществ, имеющих специфический неприятный запах индола и скатола.
Из аэробных микроорганизмов наиболее часто в процессах гниения принимают участие следующие.
Микоидес — подвижная почвенная бацилла; образует споры овальной формы разной величины; на агаре дает характерные ветвистые колонии, по внешнему виду напоминающие мицелий гриба; широко распространена в природе; белки разрушает без образования сероводорода.
Сенная палочка (бациллюс субтилис) — короткая, подвижная споровая палочка с округленными концами; образует морщинистые колонии; широко распространена в природе, энергично вызывает глубокое разрушение белка.
Картофельная палочка (бациллюс мезентерикус) — по свойствам близка к палочке, известна как возбудитель картофельной болезни хлеба.
Бацилла мегатериум — подвижная споровая палочка, часто образующая цепочки; в отличие от бациллы микоидес продуцирует много сероводорода; колонии ее имеют слизистую поверхность.
Бактерия флуоресценс — небольшая подвижная палочка; на питательных средах дает зеленую опалесцирующую окраску за счет образуемого пигмента флуоресцеина.
Бактерия продигиозум (палочка чудесной крови) — мелкая подвижная палочка; образует кроваво-красные колонии или сплошной налет красного, розового цветов на различных продуктах.
По способности разрушать белки к этой группе относят кишечную палочку и палочку протея, являющиеся условными анаэробами.
Среди анаэробных бактерий активными возбудителями гниения являются путрификус, спорогенес и др.
Путрификус — подвижная споровая палочка; разлагает белки с выделением газообразных веществ; встречается в гниющих пищевых продуктах, почве, консервах, навозе.
Спорогенес — подвижная споровая палочка; характерна активным образованием сероводорода при гниении.
О том, кто «поедает наши вкусняшки»
О том, кто «поедает наши вкусняшки»
Автор
Редактор
Статья на конкурс «био/мол/текст»: Международная организация по вопросам продовольственной безопасности (FAO) бьет тревогу: ежегодно в мире пропадает треть всех произведенных продуктов питания. Откройте холодильник: на полке сыр покрылся зеленой плесенью, свежее еще вчера молоко сегодня кисло пахнет, и так перечислять можно до бесконечности. Это микробиологическая порча. Пока ученые занимаются разработкой способов борьбы с ней, узнаем «в лицо» виновников пропажи нашей еды.
Обратите внимание!
Эта работа опубликована в номинации «лучшая обзорная статья» конкурса «био/мол/текст»-2015.
Спонсором номинации «Лучшая статья о механизмах старения и долголетия» является фонд «Наука за продление жизни». Спонсором приза зрительских симпатий выступила фирма Helicon.
Спонсоры конкурса: Лаборатория биотехнологических исследований 3D Bioprinting Solutions и Студия научной графики, анимации и моделирования Visual Science.
Начнем с того, что видовой состав контаминирующих «пожирателей» зависит от химического состава продукта питания (соотношения белков, жиров, углеводов и различных низкомолекулярных веществ). Можно сказать, что у микроорганизмов есть свои предпочтения. К примеру, порча продуктов, содержащих небольшое количество спирта, таких как квас и пиво, чаще происходит из-за бактерий родов Acetobacter и Gluconobacter [1]. Оптимальные условия для их жизнедеятельности таковы: высокое содержание кислорода, температура около 30 °С и концентрация С2Н5ОН не более 12–14% [2]. Поселившиеся бактерии в присутствии кислорода окисляют спирт до уксусной кислоты с образованием незначительных объемов сложных эфиров, альдегидов и других органических соединений, что в результате придает напитку неприятный вкус и запах.
Разнообразие микроорганизмов, выросших на чашках Петри. Рисунок с сайта www.lgcstandards-atcc.org.
Также известны микроорганизмы, способные сбраживать мёд. Главными врагами всех сладкоежек и пасечников являются сахаростойкие (да и вообще осмотолерантные и ксерофильные) дрожжи вида Zygosaccharomyces rouxii (Z. richteri). Оптимальные условия для их жизнедеятельности — температура 14–20 °С и содержание воды в мёде более 20%. По мере процесса брожения моносахара мёда разлагаются на спирт и диоксид углерода, объем мёда увеличивается, на поверхности появляется пена. Далее спирт с помощью уксуснокислых бактерий преобразуется в уксусную кислоту, при этом выделяется вода, и мёд разжижается. В нём становится меньше сахаров, но взамен появляются сивушные масла, уксусный ангидрид, нелетучие кислоты и другие соединения, ухудшающие вкусовые качества продукта и делающие его непригодным для употребления [3].
Грибок Penicillium под электронным микроскопом. Рисунок с сайта www.pnl.gov.
Биоплёнка Staphylococcus aureus под растровым электронным микроскопом. Рисунок с сайта www.microbiologyinpictures.com.
А вот яйца кур привлекают бактерий. Являясь прекрасной питательной средой, они привлекают достаточно много разнообразных микроорганизмов, особенно если хранить яйца при высокой влажности и температуре 16–18 °С и выше [5]. Кто именно вызвал порчу, можно определить по цвету внутри. Бактерии рода Pseudomonas (P. fluorescens, P. aeruginosa) с энтузиазмом гидролизуют составные части яйца с образованием специфических продуктов гниения, благодаря которым белок становится зеленым. При развитии бактерий вида Proteus vulgaris и некоторых псевдомонад содержимое яйца разжижается и приобретает коричневый или черный цвет. Образовавшиеся газы часто разрывают скорлупу, и содержимое выливается на соседние яйца, загрязняя их. Из-за кишечной палочки (Escherichia coli) или золотистого стафилококка (Staphylococcus aureus) изменяются консистенция и окраска белка — он становится жидким и серым, а еще издает гнилостный запах. Хромогенные бактерии Serratia marcescens (ранее — Bacterium prodigiosum; «чудесная палочка») и Micrococcus roseus, а также некоторые дрожжи при развитии в яйце окрашивают его содержимое в красный цвет [2].
При бактериологическом исследовании колонии Pseudomonas aeruginosa, вырастая на питательных средах, источают приятный запах жасмина. Рисунок с сайта www.microbiologyinpictures.com.
Обратная сторона медали
Lactobacillus bulgaricus (ровные палочки). Фото с сайта test.org.ua.
Чтобы микроорганизмы не казались столь враждебными, стоит отметить, что они могут оказывать и полезное влияние на наши продукты питания. Возьмем для примера болгарскую палочку (Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus), используемую при производстве йогурта. Выдающийся русский биолог, профессор Илья Ильич Мечников еще в начале 20 века заинтересовался этой бактерией. Почему? Ученый разработал собственную теорию о хроническом самоотравлении и старении организма. В своей работе «Этюды оптимизма» он утверждал, что причина этих «непритностей» кроется в нашей толстой кишке: там обитают вредные бактерии, вызывающие процессы гниения и образования вредных веществ, которые активно расходуют силы организма, преждевременно его изнашивая. Мечников обнаружил, что среди 36 изученных им стран именно Болгария выделялась высоким процентом долгожителей, и решил, что это связано с систематическим употреблением кисломолочных продуктов. То есть долгожительству, по мнению ученого, в первую очередь способствует поддержание нормальной микрофлоры кишечника и заселение его полезными лактобактериями. При взаимодействии с веществами, богатыми сахарами, лактобактерии производят молочную кислоту, препятствующую гниению. Поэтому для поддержания здоровья он рекомендовал употреблять кисломолочный продукт, в котором содержится полезная болгарская палочка (кстати, описанная не Мечниковым, а Стаменом Григоровым — Ред.) и термофильный стрептококк (для вкуса) — мечниковскую простоквашу, или просто йогурт, а по-болгарски — «кисело мляко» [6].
Вообще, говоря о микробиологической порче продуктов питания, невозможно не вспомнить Луи Пастера. С именем этого великого французского химика и микробиолога мы сталкиваемся каждый день, читая на пакетах с молоком надпись «пастеризованное». Пастеризация — это способ борьбы с патогенной микрофлорой при помощи высокой температуры [1]. Существует несколько режимов обработки в зависимости от типа продукта и степени бактериальной загрязненности: для молока, например, чаще используется температура 76 ± 2 °С с выдержкой 15–20 секунд, а для вина — 68 ± 2 °С с выдержкой 15–20 минут. Пастеризацией уничтожается до 99% микроорганизмов, за исключением спор и термофилов [6]. Но влияние исследований Пастера на нашу жизнь гораздо шире. Даже краткое перечисление его открытий удивляет, насколько разносторонен и талантлив был этот человек. Свои открытия Луи Пастер совершил в области биологии и медицины, не являясь ни дипломированным биологом, ни врачом. В середине ХIХ века он начал изучать проблемы брожения. Изучать как химик. Ведь практически все в ученом мире считали, что брожение — процесс химический. Пастер же убедительно доказал: брожение — результат жизнедеятельности микроорганизмов. Благодаря дрожжам мы можем производить вино. Больше того, он обнаружил, что их свойства определяют свойства вина. Свои открытия Пастер опубликовал в «Этюдах о вине» (1866).
Спорить о пользе и вреде микроорганизмов не имеет смысла — исключить фактор микробиологической порчи полностью невозможно. Единственное, что мы можем сделать, — это соблюдать условия хранения и правила приготовления пищи.
Гнилостные бактерии: питание, редуценты, продуценты, значение и способ питания
Бактерии обитают везде: на земле и на воде, под землей и под водой, в воздушной среде, в телах других созданий природы. Так, к примеру, в организме здорового взрослого представителя рода людского обитает свыше 10 тысяч видов микроорганизмов, а общая их масса составляет от 1 до 3 процентов всего веса человека.
Часть микроскопических созданий в качестве питания используют органику. Среди них значимое место занимают бактерии гниения. Они разрушают останки мертвых тел животных и растений, питаясь данной материей.
Что такое гниение
Суть в том, что сложнейшая по своему составу материя распадается на более простые элементы. Современное представление ученых об этом процессе, превращающем органические соединения в неорганические, можно описать следующими действиями:
Какие бактерии вызывают гниение
Бактерии гниения относят к сапротрофам, наряду с бактериями брожения. И те и другие расщепляют органические соединения – азотсодержащие и углеродсодержащие соответственно. В обоих случаях высвобождается энергия, используемая для питания и жизнеобеспечения микроорганизмов. Без бактерий брожения (к примеру, кисломолочных) человечество не получило бы таких важнейших продуктов питания, как кефир или сыр. Также широко они нашли применение в кулинарии и виноделии.
Но сапротрофные бактерии гниения могут вызывать и порчу продуктов. Данный процесс, как правило, сопровождается обширным выделением углекислот, аммиака, энергии, ядовитых для человека веществ, а также нагреванием субстрата (иногда до самовоспламенения). Поэтому люди научились создавать условия, при которых бактерии гниения утрачивают способность к размножению или просто погибают.
К таким предохраняющим продукты мерам можно отнести стерилизацию и пастеризацию, благодаря которым консервация может сохраняться относительно долгое время. Утрачивают свои свойства бактерии и при заморозке продукта. А в древности, когда еще не были известны современные способы, от порчи патогенной микрофлорой продукты предохраняли при помощи высушивания, соления, засахаривания, так как в соленой и сахарной среде микроорганизмы прекращают свою жизнедеятельность, а при сушке удаляется большая часть воды, нужной для размножения бактерий.
Оптимальные условия
Для гниения необходимы определенные условия, и именно лишение бактерий этих условий лежит в основе нашей кулинарии (стерилизация, пастеризация, консервирование и так далее). Для интенсивного процесса гниения необходимо:
Варианты возможны различные. Но вода является неотъемлемым атрибутом гидролиза органических веществ.
А ферменты работают только в определенном температурном режиме.
Главные аммонификаторы
Бактерии гниения, живущие в почве земли, это самая распространенная группа прокариот. Они играют важную роль в круговороте азота и возвращают в почву минеральные вещества (минерализуют) так необходимые растениям для процессов фотосинтеза. Форма бактерий, их отношение к наличию кислорода и способы питания разнообразны. Основные представители данной группы это спорообразующие клостридии, бациллы и неспорообразующие энтеробактерии.
Этапы разложения органики
Стадии разложения органических веществ бактериями гниения с химической точки зрения довольно сложны. В целом этот процесс осуществляется следующим образом:
Какие вещества образуются
В первую очередь это конечные продукты: аммиак и сероводород. Также при неполной минерализации образуются:
Вообще-то, в рамках, контролируемых иммунитетом, процесс разложения – часть пищеварительного процесса для многих животных и для человека. Он происходит, как правило, в толстом кишечнике, и бактерии, вызывающие гниение, играют в нем первостепенную роль. Но в больших масштабах отравление продуктами гниения может привести к плачевным результатам. Человек нуждается в срочной медицинской помощи, промывании кишечника и восстанавливающей микрофлору терапии.
К тому же накопление в организме аммиака может инициироваться некоторыми видами бактерий, в том числе и кишечной палочкой. В результате в некоторых тканях накапливается аммиак. Но при нормальном функционировании всех систем он связывается до мочевины и затем выводится из организма человека.
Виды и характеристика гнилостных бактерий
Гнилостные бактерии широко представлены в природе. Они обнаруживаются в почве, воде, воздухе, в пищевых продуктах, в кишечнике людей и животных. Гнилостные бактерии вызывают распад белков с выделением ядовитых и дурнопахнущих веществ. Среди гнилостных бактерий имеются аэробные и анаэробные палочки, образующие и не образующие спор.
Многие из них являются мезофилами, но имеются психрофилы, а также холодоустойчивые и термостойкие виды. Большинство гнилостных бактерий чувствительны к кислотности среды. Наиболее распространенными и активными из гнилостных бактерий являются аэробные споровые палочки: сенная, картофельная, грибовидная, цереус.
Аэробные споровые палочки
Сенная палочка ( Bacillus subtilis) – грамположительные короткие палочки с закругленными концами и центрально расположенной спорой. Развиваются в широком диапазоне температур от 5 до 45 С, обладают высокой протеолитической и гликолитической активностью.
Картофельная палочка (Bacillus mesentericus) представляет собой крупную грамположительную палочку с закругленными концами и спорой, расположенной в центре клетки. На МПА образуют колонии с морщинистой слизистой поверхностью. По ферментативным свойствам имеет сходство с сенной палочкой, поэтому их объединяют в группу картофельно-сенных бацилл.
Грибовидная палочка (Bacillus mycoides) – грамположительная подвижная палочка, образующая спор и капсул. На МПА формирует ветвистые колонии, похожие на мицелий грибов. Развивается при температурах от 10 до 45 С.
Палочка цереус (Bacillus cereus) – крупная грамположительная подвижная палочка, спорообразующая, некоторые штаммы формируют капсулу. Эти бактерии растут при температуре от 10 до 48 С, могут развиваться при недостатке кислорода, устойчивы к высокой концентрации поваренной соли и сахара, способны продуцировать ядовитые вещества.
Аэробные бесспоровые палочки
К аэробным бесспоровым палочкам относятся бактерии рода Pseudomonas: Ps. рrodigiosum, Ps. fluorescens, Ps. аeruginosa. Все они являются подвижными грамотрицательными палочками, не образующими спор и капсул, строгими аэробами. Оптимальная температура роста 15 — 20 С, но многие виды развиваются при температуре –2 — +5 С. Псевдомонасы характеризуются высокой протеолитической и липолитической активностью, способны сбраживать углеводы с образованием кислот, продуцировать слизь. Развитие и биохимическая активность этих бактерий затормаживаются при рН ниже 5,5 и при 5 – 6%-ной концентрации поваренной соли. Псевдомонасы являются антагонистами многих бактерий и плесеней, т.к. вырабатывают антибиотические вещества. Некоторые виды этих бактерий способны вызывать заболевания животных и растений.
Анаэробные бесспоровые палочки
К факультативно анаэробным гнилостным бактериям относятся палочки рода Proteus. Протей представляет собой полиморфные грамотрицательные палочки, спор и капсул не формируют, обладают очень энергичной подвижностью. Это свойство лежит в основе метода выделения протея из пищевых продуктов. Некоторые виды протея продуцируют токсичные для человека вещества. Палочки протея хорошо развиваются в широком температурном диапазоне от 6 до 40 С. Протей вызывает гниение с образованием сероводорода.
Анаэробные споровые палочки
Cl. sporogenes — крупная, подвижная грамположительная палочка, образует термостойкие споры, расположенные ближе к концу клетки, в мазках нередко формирует цепочки. Характерной особенностью этих бактерий является быстрое спорообразование в течение первых суток роста. Спорогенная палочка сбраживает углеводы с образованием кислот и газа, обладает высокой протеолитической и липолитической активностью.
Бактерии гниения: значение микроорганизмов в биосфере
Роль бактерий такого рода для всего живого на Земле трудно переоценить. В биосфере, благодаря их аммонифицирующей жизнедеятельности, постоянно идет процесс разложения умерших животных и растений с последующей их минерализацией. Образовавшиеся в результате этого простые вещества и соединения неорганического характера, среди которых углекислый газ, аммиак, сероводород и другие, участвуют в круговороте веществ, служат питанием для растений, замыкают переход энергии от одного представителя флоры и фауны Земли к другому, предоставляя возможность зарождения новой жизни.
Высвобождение азота недоступно для высших растений, и без участия бактерий гниения они не смогли бы полноценно питаться и развиваться.
Бактерии гниения напрямую участвуют в почвообразовательных процессах, разлагая отмершую органику на составные части. Это их свойство играет незаменимую роль в сельском хозяйстве и других видах деятельности человека.
Наконец, без упомянутой жизнедеятельности микроорганизмов поверхность Земли, включая водные пространства, была бы усеяна не разложившимися трупами животных и растений, а их за время существования планеты умерло немалое количество!