Развитие молочнокислых микроорганизмов

Что такое пробиотики

Еще в начале XX века знаменитый русский ученый Илья Ильич Мечников провел ряд экспериментов по восстановлению микрофлоры кишечного тракта человека с помощью культуры молочнокислой палочки L. bulgaricus. В результате исследований Мечников разработал первый пробиотик – «мечниковскую простоквашу», которую в течение многих лет употреблял сам, назначал пациентам и рекомендовал пить всем знакомым.

В настоящее время пробиотики – класс лекарственных препаратов, направленный на восстановление естественной среды организма. Многолетние изучения доказали эффективность применения пробиотиков (в том числе и лактобактерий) в различных клинических случаях.

• При синдроме раздраженного кишечника регулярный прием молочнокислых культур избавляет от запоров и уменьшает время прохождения пищи по кишечнику.
• Лактобактерии обладают иммуностимулирующим действием. Они способствуют выработке в кишечнике антител, цитокинов, интерферона и повышают активность фагоцитов.
• Через регуляцию иммунного ответа снижают интенсивность аллергических реакций, в том числе на антибиотики.
• Профилактируют возникновение респираторных заболеваний и диарей вирусного происхождения в зимние месяцы.
• Снижают уровень «вредного» холестерина в крови, улучшают метаболизм в печени.

Молочнокислые пробиотические бактерии широко применяются в медицине для профилактики и лечения острых и хронических заболеваний кишечника, дыхательных путей, для восстановления кишечной микрофлоры и стимуляции иммунитета. Принимать культуры пробиотиков можно как в виде таблеток и порошков, так и в натуральном виде (кефир, простокваша, ацидофильное молоко, йогурты и другие продукты молочной промышленности).

Streptococcus реклассификации

стрептококк

В 1985 году члены разнообразного рода Streptococcus были классифицированы в Lactococcus , Enterococcus , Vagococcus и Streptococcus на основе биохимических характеристик, а также молекулярных особенностей. Раньше, стрептококки были выделены в основном на основе серологического , которая доказала, хорошо коррелирует с текущими таксономическими определениями. Лактококки (ранее Lancefield группы N стрептококки) широко используются в качестве бродильных стартеров в молочном производстве, с людьми , по оценкам, потребляют 10 18 лактококков ежегодно. Отчасти из — за их промышленной значимости, как L. Лактис подвид ( L. л. Лактис и Л. л. Cremoris ) широко используются как общие модели LAB для исследований. Л. Lactis подвид. cremoris , используемые в производстве жестких сыров , представлена лабораторных штаммов LM0230 и MG1363. Подобным же образом, Л. Lactis подвид. Лактис используется в мягких сырных брожений, с лошадкой штамма IL1403 повсеместной в LAB научно — исследовательских лабораторий. В 2001 году , Болотин и др. расшифровали геном из IL1403, который совпал со значительным сдвигом ресурсов для понимания LAB геномика и связанных с ними приложений.

[править] Биология

Молочнокислые бактерии представлены разнообразными по форме палочками: от коротких коккообразных до длинных нитевидных. Длина клеток у различных культур одних и тех же видов зависит от состава среды, присутствия кислорода, способа инкубации (от 0,7—1,1 до 3,0— 8,0 мкм).

Размножаются молочнокислые бактерии делением перегородкой, что приводит к образованию цепочек. Ультратонкое строение клеток этих бактерий во многом сходно с другими грамположительными бактериями.

На агаризированных средах молочнокислые бактерии образуют мелкие колонии (на мясо-пептонном агаре эти бактерии дают точечные круглые колонии, в толще агара — чечевицеобразные). Молочнокислые бактерии требовательны к источникам питания, растут на средах, содержащих растительные отвары, мясные и дрожжевые экстракты, белковые гидролизаты, так как эти бактерии нуждаются в аминокислотах, витаминах и ряде неорганических соединений.

Для лактобактерий необходим pH сред в пределах 5,0 — 6,5, оптимум pH — 5,5, но могут расти и при pH 3,8 и ниже.

Для культивирования данных бактерий применяется среда Рогозы, либо её модификации. Наиболее благоприятная для развития температура составляет от + 15 до +30-35°C, до 45°C (в зависимости от вида бактерии).

Лактобактерии не имеют содержащих цитохром дыхательных систем, неподвижны, не образуют каталазу, не восстанавливают нитраты в нитриты, не разжижают желатину, не образуют спор и пигмента. Эти бактерии — строгие анаэробы или факультативные. Они обладают протеолитической активностью, обусловливаемой действием протеаз и пептидаз. Липолитической активностью не обладают.

Источником энергии для лактобактерий являются молочнокислое брожение

История

Человечество использует жизнедеятельность молочных бактерий с давних времен. Сыры, хлеб, вино – все это продукты разложения органики, в результате которого образуется молочная кислота. Эта кислота и сбраживает имеющийся субстрат.

Молоко сбраживают гомоферментативные молочнокислые микроорганизмы (использующие один фермент для реакции брожения), а вино и сыры делают с использованием гетероферментативных молочнокислых бактерий (несколько ферментов).

История исследований и анализа молочнокислых микроорганизмов насчитывает не более ста лет. Нобелевский лауреат в области физиологии и медицины Илья Мечников в первые годы двадцатого века начал активно заниматься выделением, идентификацией и изучением видов болгарской палочки (Lactobacillus bulgaricus).

В результате изучения Мечников определил полезные свойства этого молочнокислого микроба:

• синтез органических соединений, повышающих устойчивость организма к бактериальным и вирусным инфекциям;
• благоприятная среда для активности большинства видов болгарской палочки – кишечник.

Мечников изготовил кисломолочный йогурт с использованием болгарской палочки, и несколько сотен добровольцев в течение нескольких месяцев принимали опытный препарат.

Польза ацидофильных (молочнокислых) микроорганизмов и бифидобактерий была установлена гораздо позже.

Бактериофаги

Широкий количество пищевых продуктов, товарных химикатов и биотехнологии продукты производятся в промышленности крупномасштабной бактериальной ферментации различных органических субстратов. Поскольку огромное количество бактерий культивируются каждый день в больших бродильных чанах, риск того, что бактериофаг загрязнение быстро приводит брожение к остановке и вызвать экономические неудачи является серьезной угрозой в этих отраслях

Отношения между бактериофагов и их бактериальных хозяевах очень важно в контексте пищевой промышленности брожения. Источники загрязнения фага, меры по контролю за их распространение и распространение, а также биотехнологические оборонных стратегий , разработанных для сдерживания фаги представляют интерес. Молочная ферментация промышленность открыто признала проблему фага загрязнения, а также сотрудничает с академическими и заквасочными культурами компаний для разработки стратегий и систем обороны , чтобы ограничить распространение и развитие фагов в течение десятилетий.

Молочная ферментация промышленность открыто признала проблему фага загрязнения, а также сотрудничает с академическими и заквасочными культурами компаний для разработки стратегий и систем обороны , чтобы ограничить распространение и развитие фагов в течение десятилетий.

Взаимодействие бактериофага-хост

Первый контакт между инфицирующим фагом и его бактериальным хозяином является прикреплением фага к клетке — хозяине. Это приложение опосредовано рецепторным связывающего белка фага ( в RBP), который распознает и связывается с рецептором на поверхности бактерий. ОДП также называют хост-специфичность белка, принимающего определителя и antireceptor. Для простоты термин РСП будет здесь использован. Разнообразие молекул было предложено , чтобы действовать в качестве рецепторов хозяев для бактериофагов , заражающих LAB; среди тех , являются полисахариды и (липо) тейхоевые кислот , а также один-мембранный белок. Ряд ОДП ЛАБ фагов, были идентифицированы с помощью генерации гибридных фагов с измененными диапазонов хозяина

Эти исследования, однако, также обнаружили дополнительные белки фага , чтобы иметь важное значение для успешного заражения фага. Анализ кристаллической структуры несколько ОДПА указует на то, что эти белки имеют общее третичное складывание, и поддерживают предыдущие указания на сахаридах природы рецептора хозяина. Грамположительных LAB имеют толстый пептидогликан слой, который должен быть пройден , чтобы ввести фаг геном в бактериальную цитоплазму

Пептидогликан разрушающие ферменты , как ожидается , для облегчения этого проникновения, и такие ферменты были найдены в качестве структурных элементов ряда LAB фагов.

Грамположительных LAB имеют толстый пептидогликан слой, который должен быть пройден , чтобы ввести фаг геном в бактериальную цитоплазму . Пептидогликан разрушающие ферменты , как ожидается , для облегчения этого проникновения, и такие ферменты были найдены в качестве структурных элементов ряда LAB фагов.

Значение нитрифицирующих микроорганизмов

В царстве бактерий есть такой вид простейших, как нитрифицирующие. Это микроорганизмы, которые отвечают за переработку азота. Считается, что нитрифицирующие бактерии имеют самое широкое распространение. Нитрифицирующие организмы окисляют аммиак, который образовывается при гниении органики, до нитрата, который потом перерабатывается почвенными микробами. Нитрифицирующие простейшие относятся к категории хемосинтезирующих, которые имеют очень широкое распространение. Нитрифицирующие простейшие организмы имеют большое сходство с почвенными.

Чтобы понять роль и значение бактерий в природе, следует изучить их свойства и характеристики всех представителей царства. Есть очень много организмов: нитрифицирующие, молочнокислые, гнилостные и другие. Все они выполняют свои функции и являются важнейшей составляющей живой природы.

Среда обитания

Уксуснокислые бактерии, как показывает характеристика их питания, являются обитателями сред брожения. Чаще всего они размножаются сразу же за дрожжами, используя выделяемый ими спирт. Поэтому в природе их можно обнаружить на следующих продуктах:

• сахаросодержащие спелые и перезрелые фрукты и овощи;
• зрелый виноград, особенно загнившие гроздья, что отлично видно на фото, сделанных даже без помощи увеличения;
• цветочный нектар и другие.

Особенно много их в скисших фруктовых соках, непастеризованном пиве, вине, спиртовой бражке, сидре и т.д. Как уксуснокислые, так и молочнокислые бактерии присутствуют в кефире и других кисломолочных продуктах, являются неотъемлемыми участниками процесса квашения и засолки овощей, мочения яблок.

Большое значение для их развития имеет температура. Практически для всех видов этого семейства бактерий нижним пределом является –6…–10°С. Верхняя граница составляет +35…+45°С. Температурные пределы непостоянны, так как они находятся во взаимосвязи с прочими характеристиками среды. Поэтому в природе бактерии отлично себя чувствуют на богатых питательными веществами продуктах, в которых происходит брожение, при постоянном доступе свободного кислорода.

Принято считать, что определяющее значение в распространении этих бактерий имеет плодовая мушка дрозофила, как можно увидеть на фото, и уксусные угрицы (вид круглых червей).

экзополисахариды

Стремление найти пищевые ингредиенты с ценными биологически активными свойствами поощряло интерес к экзополисахаридам от LAB. Функциональные пищевые продукты , которые предлагают здоровья и сенсорные преимущества , помимо их питательной композиции становятся все более важными для пищевой промышленности. Сенсорные преимущества экзополисахаридов хорошо известны, и есть доказательства лечебных свойств , которые могут быть отнесены к экзополисахаридам от LAB. Тем не менее, существует широкий разброс молекулярных структур экзополисахаридов и сложность механизмов , посредством которых физические изменения в пищевых продуктах и биологически активных эффектов , вызываемых.

Роль в сельском хозяйстве

Силосование корма – это лучший способ заготовки и сохранения зеленой массы. Для создания необходимых условий исходное сырье (траву, зеленую массу кукурузы, ботву) укладывают в специальные силосные ямы, тщательно утрамбовывают и накрывают слоем земли. При этом создаются условия, в которых основная часть микробов погибает, а молочнокислые бактерии перерабатывают углеводы растений до тех пор, пока концентрация молочной кислоты не составит 60 % и более, а кислотность силоса не достигнет рН 4.5. Кроме молочной, в силосе накапливается и уксусная кислота. Для завершения процесса требуется около одного месяца.

Классификация

Классификация бактерий может быть основана на таких показателях, как:

• Форма
• способ передвижения;
• способ получения энергии;
• продукты жизнедеятельности;
• степень опасности.

По способу питания бывают бактерии автотрофы или гетеротрофы. Автотрофные бактерии пребывают в основном в почве. Гетеротрофы различают такие, как: симбионты, паразиты и сапрофиты.

Бактерии симбионты живут в содружестве с иными организмами.

Бактерии паразиты ничего не производят, поэтому питаются тем, что произвел организм хозяина, либо питается тканями другого организма.

Бактерии сапрофиты проживают на уже отмерших организмах, продуктах и органических отходах. Они способствуют процессам гниения и брожения.

Гниение очищает природу от трупов и других отходов органического происхождения. Без процесса гниения не было бы круговорота веществ в природе. Так в чем же состоит роль бактерий в круговороте веществ?

Бактерии гниения — это помощник в процессе расщепления белковых соединений, а также жиров и других соединений, содержащих в себе азот. Проведя сложную химическую реакцию, они разрывают связи между молекулами органических организмов и захватывают молекулы белка, аминокислот. Расщепляясь, молекулы высвобождают аммиак, сероводород и другие вредные вещества. Они ядовиты и могут вызывать отравление у людей и животных.

Бактерии гниения быстро размножаются в благоприятных для них условиях. Так как это не только полезные бактерии, но и вредные, то чтобы не допустить преждевременного гниения у продуктов, люди научились их обрабатывать: сушить, мариновать, солить, коптить. Все эти способы обработки убивают бактерии и не дают им размножаться.

Бактерии брожения при помощи ферментов способны расщеплять углеводы. Эту способность люди заметили еще в древние времена и используют такие бактерии для изготовления молочнокислых продуктов, уксусов, а также других продуктов питания до сих пор.

Кроме полезных, существуют также и патогенные бактерии. Их жизнедеятельность базируется на паразитизме в организме животных, растений и даже человека. Они вызывают серьезные инфекционные болезни, примером может служить туберкулез, сифилис, язву (сибирскую и язву желудка), дифтерию, чуму и многие другие не менее тяжелые заболевания.

Бактерии, трудясь в совокупности с другими организмами, делают очень важную химическую работу

Очень важно знать какие есть виды бактерий и какую пользу или вред приносят для природы

Положительная роль отдельных видов бактерий микрофлоры кишечника

Нормальной работе организма человек обязан бифидобактериям, лактобактериям, энтерококкам, кишечной палочке и бактериодам, на долю которых приходится 99% нормальной микрофлоры кишечника. 1% составляют представители условно-патогенной флоры: клостридии, синегнойная палочка, стафилококки, протеи и др.

Бифидобактерии

Рис. 6. Бифидобактерии. Трехмерное компьютерное изображение.

• Благодаря бифидобактериям вырабатываются ацетата и молочная кислота. Закисляя среду обитания, они подавляют рост , вызывающих гниение и брожение.
• Бифидобактерии снижают риск развития аллергии к пищевым продуктам у малышей.
• Бифидобактерии обеспечивают антиоксидантный и противоопухолевый эффект.
• Бифидобактерии принимают участие в синтезе витамина С.
• Бифидо- и лактобактерии принимают участие в процессах по усвоению витамина Д, кальция и железа.

Кишечная палочка

• Особое значение уделяется представителю этого рода Escherichia coli M17. Кишечная палочка (Escherichia coli M17) способна вырабатывать вещество коцилин, которое угнетает рост целого ряда болезнетворных микробов.
• При участии кишечной палочки синтезируются витамины К, группы В (В1, В2, В5, В6, В7, В9 и В12), фолиевая и никотиновая кислоты.

Рис. 7. Кишечная палочка. Трехмерное компьютерное изображение.

Рис. 8. Кишечная палочка под микроскопом.

Лактобактерии

• Лактобактерии угнетают рост гнилостных и условно патогенных микроорганизмов за счет образования целого ряда веществ антимикробной направленности.
• Бифидо- и лактобактерии принимают участие в процессах по усвоению витамина Д, кальция и железа.

Рис. 9. Лактобактерии. Трехмерное компьютерное изображение.

Использование молочнокислых бактерий в пищевой промышленности

К молочнокислым бактериям относятся молочные стрептококки, сливочные стрептококки, палочки болгарская, ацидофильная, зерновая термофильная и огуречная. Молочнокислые бактерии широко используются в пищевой промышленности:

• при производстве простокваши, сыров, сметаны и кефира;
• вырабатывают молочную кислоту, сквашивающую молоко. Это свойство бактерий используется для производства простокваши и сметаны;
• при приготовлении сыров и йогуртов в промышленных масштабах;
• в процессе засаливания молочная кислота служит консервантом.
• при сквашивании капусты и засолке огурцов, принимают участие в мочении яблок и мариновании овощей;
• они придают особый аромат винам.

Бактерии рода стрептококков и лактобациллы придают продуктам более густую консистенцию. В результате их жизнедеятельности улучшается качество сыров. Именно они придают сыру определенный сырный аромат.

Рис. 10. Колония ацидофильной палочки.

Рис. 11. Полезные бактерии — болгарская палочка и термофильный стрептококк. Трехмерное компьютерное изображение.

Рис. 12. На фото кефирный (тибетский или молочный) гриб.

Рис. 13. Молочнокислые палочки перед непосредственным внесением в молоко.

Рис. 14. Бактерии Streptococcus thermophilus применяются при приготовлении сыра моцарелла.

Рис. 15. На фото кефир — продукт недели.

Рис. 16. На фото кефирный грибок. Он представляет собой содружество более 10 видов разных микроорганизмов.

Рис. 17. Кисломолочная продукция.

ССЫЛКИ ПО ТЕМЕ

• Как происходит питание бактерий
• Какова положительная роль бактерий?
• Как восстановить кишечник после приема антибиотиков

Статьи раздела «Дисбактериоз»

Кишечная палочка, бифидобактерии, лактобактерии — основа микрофлоры кишечника

Самое популярное

• Все о грибке стопы: симптомы и эффективное лечение современными препаратами
• Грибок кожи головы: как распознать и лечить
• Симптомы и лечение грибка ногтей на руках (онихомикоза)
• Польза и вред кишечной палочки
• Как лечить дисбактериоз и восстановить микрофлору

Статьи раздела «Дисбактериоз»

Как лечить дисбактериоз и восстановить микрофлору кишечника после антибиотиков. Все о пробиотиках и пребиотиках

О микробах и болезнях 2020

Кто такие молочнокислые бактерии?

Молочнокислые бактерии, входящие в состав микрофлоры кишечника, представляют собой многочисленную группу анаэробных грамположительных микроорганизмов.

Сегодня значение термин «анаэробный» не является каким-либо секретом даже для людей, бесконечно далеких от биологии. Большинство прекрасно знает, что анаэробными называются такие живые организмы, для жизни и размножения которых противопоказан кислород.

Деление же бактерий на грамположительные и грамотрицательные часто остается непонятым. У несведущего в микробиологии человека даже может возникнуть впечатление, что грамотрицательные бактерии — это какие-то невероятные организмы с отрицательной массой тела, прибывшие на Землю из самой черной дыры.

На самом деле все намного проще и прозаичнее. Происхождение настоящих терминов связано с тем, что разные виды бактерий окрашиваются в разные цвета при применении популярного в микробиологии метода Грама: грамположительные бактерии демонстрируют синюю окраску, грамотрицательные — красную. Различие в окраске обусловливается различным строением клеточной стенки.

Итак, молочнокислые бактерии — это анаэробные микроорганизмы. Кислород им для жизни абсолютно не нужен и даже противопоказан, а вот наличие углеводов совершенно необходимо. Все молочнокислые бактерии сбраживают углеводы с образованием  молочной кислоты.

Молочнокислые бактерии разделяют по формам их клеток: шаровидные (Streptococcus lactis), палочковидные (Lactobacillus). А так же по субстрату, то есть тому углеводу, который эти бактерии переводят в молочную кислоту: Lactobacillus — глюкоза и лактоза,  Betabacterium — глюкоза и мальтоза.

Химизм молочнокислого брожения

По характеру возбуждаемых биохимических реакций молочнокислые бактерии делятся на две группы: типичные (гомоферментативные) и нетипичные (гетероферментативные).

Типичные молочнокислые бактерии осуществляют гладкое расщепление сахаров до молочной кислоты без образования заметных количеств каких-либо побочных продуктов. Нетипичные же молочнокислые бактерии наряду с молочной кислотой всегда продуцируют большее или меньшее количество побочных продуктов — уксусной кислоты, янтарной кислоты, этилового спирта, углекислого газа и пр. Это обстоятельство свидетельствует о различии в сущности протекающих биохимических реакций. В самом общем виде процесс гомоферментативного молочнокислого брожения выражается очень простым уравнением:

При этом поэтапно распад моносахаридов идет с образованием тех же продуктов, что и при спиртовом брожении, вплоть до образования пировиноградной кислоты. Однако с момента образования пировиноградной кислоты механизм процесса изменяется: в комплексе ферментов у молочнокислых бактерий отсутствует карбоксилаза, в результате чего вместо расщепления пировиноградной кислоты на уксусный альдегид и углекислый газ она восстанавливается в молочную кислоту. Процесс восстановления пировиноградной кислоты в молочную катализируется ферментом редуктазой.

Для гетероферментативного молочнокислого брожения чаще всего приводят следующее схематическое уравнение:

Возникновение побочных продуктов брожения может быть объяснено тем, что микроорганизмы, вызывающие гетероферментативное молочнокислое брожение, в комплексе ферментов содержат карбоксилазу. Пировиноградная кислота расщепляется при этом до уксусного альдегида и CO2 лишь частично. В результате разнообразных превращений уксусного альдегида и пировиноградной кислоты и происходит возникновение янтарной, уксусной кислот и этилового спирта.

Таким образом, гетероферментативное молочнокислое брожение протекает более сложно, чем гомоферментативное. Количественные соотношения между накапливающимися побочными продуктами гетероферментативного молочнокислого брожения могут быть самыми различными: молочной кислоты может накопиться до 40% от количества сброженного сахара, янтарной кислоты — около 20%, этилового спирта и уксусной кислоты примерно поровну — по 10%, газов — около 20%. Иногда выход газов уменьшается, но тогда в среде появляется муравьиная кислота (HCOOH).

Филогения

Принятая в настоящее время систематика на основе списка прокариотических имен с Standing в Номенклатуре

и филогения основана на 16S рРНК основе LTP выпуск 106 по проекту «The All-ВИДОВ Живое дерево» .

Lactobacillales часть 2 (продолжение)

Примечания:
Штаммы найдены в Национальном центре биотехнологической информации , но не перечисленные в списке прокариотических имен с Standing в Номенклатуре

Особенности строения

Клетка бактерии отличается не только тем, что в ней нет ядра, но и отсутствием митохондрий и пластид. ДНК данного прокариота находится в специальной ядерной зоне и имеет вид замкнутого в кольцо нуклеоида. У бактерии строение клетки состоит из клеточной стенки, капсулы, капсулоподобной оболочки, жгутиков, пили и цитоплазматичной мембраны. Внутреннее строение оформляют цитоплазма, гранулы, мезосомы, рибосомы, плазмиды, включения и нуклеоид.

Клеточная стенка бактерии выполняет функцию обороны и опоры. Вещества могут свободно протекать сквозь неё, благодаря проницаемости. Данная оболочка имеет в своем составе пектин и гемицеллюлозу. Некоторые бактерии выделяют особую слизь, которая может помочь защититься от пересыхания. Слизь формирует капсулу – полисахарид по химическому составу. В такой форме бактерия способна переносить даже очень большие температуры. Также она выполняет и другие функции, к примеру слипание с любыми поверхностями.

На поверхности клетки бактерии находятся тонкие белковые ворсинки – пили. Их может быть большая численность. Пили помогают клетке передавать генетический материал, а также обеспечивают слипание с другими клетками.

Под плоскостью стенки находится трехслойная цитоплазматичная мембрана. Она гарантирует транспорт веществ, а также имеет немалую роль в образовании спор.

Цитоплазма бактерий на 75 процентов произведена из воды. Состав цитоплазмы:

• Рыбосомы;
• мезосомы;
• аминокислоты;
• ферменты;
• пигменты;
• сахар;
• гранулы и включения;
• нуклеоид.

Обмен веществ у прокариотов возможен, как с участием кислорода, так и без его него. Большая их часть питаются уже готовыми питательными веществами органического происхождения. Очень мало видов способны сами синтезировать органические вещества из неорганических. Это сине-зеленые бактерии и цианобактерии, которые отыграли немалую роль в формировании атмосферы и насыщении её кислородом.