Bactérias - uma característica geral. Classificação, estrutura, nutrição e o papel das bactérias na natureza

12.09.202227.05.2017

O mundo ao nosso redor impressiona com uma variedade de espécies de seus habitantes. Segundo o último censo desta "população" da Terra, 6,6 milhões de espécies vivem em terra e outras 2,2 milhões surfam nas profundezas do oceano. Cada uma das espécies é um elo de uma única cadeia do biossistema do nosso planeta. Destes, os menores organismos vivos são as bactérias. O que a humanidade conseguiu aprender sobre essas minúsculas criaturas?

O que são bactérias e onde elas vivem

bactérias - são organismos unicelulares de tamanho microscópico, uma das variedades de micróbios.

Sua prevalência na Terra é realmente incrível. Eles vivem no gelo do Ártico e no fundo do oceano, em um espaço aberto, em fontes termais - gêiseres e nos reservatórios mais salgados.

O peso total dessas "encantadoras migalhas" que ocupavam o corpo humano chega a 2 kg! Isso ocorre apesar do fato de que seus tamanhos raramente excedem 0,5 mícron. Um grande número de bactérias habita o corpo dos animais, desempenhando várias funções ali.

Um ser vivo e as bactérias em seu corpo afetam a saúde e o bem-estar um do outro. Com a extinção de uma espécie de animais, as bactérias inerentes apenas a eles morrem.

Olhando para sua aparência, só podemos nos surpreender com a engenhosidade da natureza. Esses "amuletos" podem ser em forma de bastão, esféricos, espirais e outras formas. Em que a maioria deles são incolores, apenas espécies raras são coloridas de verde e roxo. Além disso, ao longo de bilhões de anos, eles mudam apenas internamente, enquanto sua aparência permanece inalterada.

O descobridor das bactérias

O primeiro explorador do microcosmo foi o naturalista holandês Anthony Van Leeuwenhoek. Seu nome ficou famoso graças à ocupação à qual dedicou todo o seu tempo livre. Ele gostava de fabricar e alcançou um sucesso incrível nesse assunto. É a ele que pertence a honra de inventar o primeiro microscópio. Na verdade, era uma lente minúscula com o diâmetro de uma ervilha, que dava uma ampliação de 200 a 300 vezes. Era possível usá-lo apenas pressionando-o no olho.

Em 1683, ele descobriu e mais tarde descreveu "animais vivos" vistos através de uma lente em uma gota de água da chuva. Nos 50 anos seguintes, ele se dedicou ao estudo de vários microorganismos, descrevendo mais de 200 de suas espécies. Ele enviou suas observações para a Inglaterra, onde cientistas de cabelos grisalhos em perucas empoadas apenas balançaram a cabeça de espanto com as descobertas desse autodidata desconhecido. Foi graças ao talento e perseverança de Leeuwenhoek que uma nova ciência nasceu - microbiologia.

Informações gerais sobre bactérias

Nos últimos séculos, os microbiologistas aprenderam muito sobre o mundo dessas minúsculas criaturas. Acontece que bactérias, nosso planeta deve o nascimento de formas de vida multicelulares. Eles desempenham um papel importante na manutenção da circulação de substâncias na Terra. Gerações de pessoas se substituem, plantas morrem, lixo doméstico e cascas obsoletas de várias criaturas se acumulam - tudo isso é descartado e decomposto com a ajuda de bactérias em processo de decomposição. E os compostos químicos resultantes são devolvidos ao meio ambiente.

E como a humanidade e o mundo das bactérias coexistem? Vamos fazer uma reserva de que existem bactérias "ruins e boas". Bactérias "ruins" são responsáveis pela disseminação de um grande número de doenças, variando de peste e cólera a tosse convulsa e disenteria comuns. Eles entram em nosso corpo por gotículas transportadas pelo ar, junto com alimentos, água e através da pele. Esses insidiosos companheiros de viagem podem viver em vários órgãos e, embora nossa imunidade lide com eles, eles não se manifestam de forma alguma. A velocidade de sua reprodução é incrível. A cada 20 minutos, seu número dobra. Significa que um único micróbio patogênico, em 12 horas gera um exército multimilionário as mesmas bactérias que atacam o corpo.

Há outro perigo representado pelas bactérias. Eles causar envenenamento pessoas que consomem alimentos estragados - comida enlatada, salsichas, etc.

Derrota em uma guerra vitoriosa

O grande avanço no combate às bactérias patogênicas foi descoberta da penicilina em 1928- o primeiro antibiótico do mundo. Essa classe de substâncias é capaz de inibir o crescimento e a reprodução de bactérias. Os primeiros sucessos no uso de antibióticos foram enormes. Era possível curar doenças que antes terminavam em morte. No entanto, as bactérias mostraram uma adaptabilidade incrível e a capacidade de sofrer mutações de tal forma que os antibióticos disponíveis eram inúteis na luta contra até mesmo as infecções mais simples. Esse a capacidade de mutação das bactérias tornou-se uma ameaça real à saúde humana e levou a infecções incuráveis (causadas por superbactérias).

Bactérias como aliadas e amigas da humanidade

Agora vamos falar sobre as bactérias "boas". A evolução de animais e bactérias ocorreu em paralelo. A estrutura e as funções dos organismos vivos tornaram-se gradualmente mais complexas. "Não cochilou" e bactérias. Animais, incluindo humanos, tornam-se sua casa. Eles se instalam na boca, na pele, no estômago e em outros órgãos.

A maioria deles é extremamente útil porque ajuda na digestão dos alimentos, participa na síntese de certas vitaminas e até nos protege de suas contrapartes causadoras de doenças. Nutrição inadequada, estresse e uso indiscriminado de antibióticos podem causar distúrbios da microflora, o que necessariamente afeta o bem-estar de uma pessoa.

Curiosamente, as bactérias sensível às preferências de gosto das pessoas.

Em americanos que tradicionalmente consomem alimentos altamente calóricos (fast foods, hambúrgueres), as bactérias são capazes de digerir alimentos ricos em gordura. E em alguns japoneses, as bactérias intestinais são adaptadas para digerir algas.

O papel das bactérias na atividade econômica humana

O uso de bactérias começou antes mesmo que a humanidade soubesse de sua existência. Desde os tempos antigos, as pessoas faziam vinho, fermentavam vegetais, conheciam as receitas para fazer kefir, leite coalhado e koumiss, produziam queijo cottage e queijos.

Muito mais tarde, descobriu-se que minúsculos ajudantes da natureza, bactérias, estão envolvidos em todos esses processos.

À medida que o conhecimento sobre eles se aprofundava, sua aplicação se expandia. Eles foram “treinados” para combater pragas de plantas e enriquecer o solo com nitrogênio, ensilar forragem verde e purificar águas residuais, nas quais literalmente devoram vários resíduos orgânicos.

Em vez de um epílogo

Assim, o homem e os microrganismos são partes interligadas de um único ecossistema natural. Entre eles, junto com a competição na luta pelo espaço vital, há cooperação mutuamente benéfica (simbiose).

Para nos defendermos como espécie, devemos proteger nosso corpo da invasão de bactérias patogênicas, e também ter extremo cuidado com o uso de antibióticos.

Ao mesmo tempo, os microbiologistas estão trabalhando para expandir o alcance das bactérias. Um exemplo é o projeto de criação de bactérias fotossensíveis e sua aplicação na produção de celulose biológica. Sob a influência da luz, a produção começa e, quando é desligada, a produção é interrompida.

Os organizadores do projeto estão confiantes de que os órgãos criados a partir desse material biológico natural não serão rejeitados no corpo. A técnica proposta abre oportunidades incríveis para o mundo na criação de implantes médicos.

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Os processos microbiológicos são amplamente utilizados em diversos setores da economia nacional. Muitos processos são baseados em reações metabólicas que ocorrem durante o crescimento e reprodução de certos microrganismos.

Com a ajuda de microorganismos, são produzidas proteínas alimentares, enzimas, vitaminas, aminoácidos, ácidos orgânicos, etc.

Os principais grupos de microrganismos utilizados na indústria alimentícia são bactérias, leveduras e bolores.

bactérias. Usado como agentes causadores de ácido láctico, ácido acético, butírico, fermentação acetona-butílica.

Bactérias láticas culturais são usadas na produção de ácido lático, na panificação e, às vezes, na produção de álcool. Eles convertem açúcar em ácido lático de acordo com a equação

C6H12O6 ® 2CH3 – CH – COOH + 75 kJ

Bactérias lácticas verdadeiras (homofermentativas) e falsas (heterofermentativas) estão envolvidas na produção de pão de centeio. Os homofermentativos estão envolvidos apenas na formação do ácido, enquanto os heterofermentativos, juntamente com o ácido láctico, formam ácidos voláteis (principalmente acético), álcool e dióxido de carbono.

Na indústria do álcool, a fermentação do ácido lático é usada para acidificar o mosto de levedura. Bactérias lácticas selvagens afetam negativamente os processos tecnológicos das plantas de fermentação, pioram a qualidade dos produtos acabados. O ácido lático resultante inibe a atividade vital de microorganismos estranhos.

A fermentação butírica, causada por bactérias butíricas, é usada para produzir ácido butírico, cujos ésteres são usados como aromáticos.

As bactérias do ácido butírico convertem o açúcar em ácido butírico de acordo com a equação

C6H12O6 ® CH3CH2CH2COOH + 2CO2 + H2 + Q

As bactérias do ácido acético são usadas para produzir vinagre (solução de ácido acético), porque. eles são capazes de oxidar álcool etílico a ácido acético de acordo com a equação

C2H5OH + O2 ® CH3COOH + H2O +487 kJ

A fermentação do ácido acético é prejudicial à produção de álcool, porque. leva a uma diminuição no rendimento do álcool e, na fabricação de cerveja, causa a deterioração da cerveja.

Levedura. São utilizados como agentes de fermentação na produção de álcool e cerveja, na vinificação, na produção de kvass de pão, na panificação.

Para a produção de alimentos, as leveduras são importantes - sacaromicetos, que formam esporos, e leveduras imperfeitas - não sacaromicetos (fungos semelhantes a leveduras), que não formam esporos. A família Saccharomyces é dividida em vários gêneros. O mais importante é o gênero Saccharomyces (saccharomycetes). O gênero é subdividido em espécies, e as variedades individuais de uma espécie são chamadas de raças. Em cada indústria, são usadas diferentes raças de levedura. Distinguir levedura pulverizada e escamosa. Nas células semelhantes a poeira, eles são isolados uns dos outros, enquanto nas células escamosas, eles se unem, formando flocos e se acomodam rapidamente.

A levedura cultural pertence à família S. cerevisiae de Saccharomycetes. A temperatura ideal para a propagação do fermento é 25-30 0С, e a temperatura mínima é de cerca de 2-3 0С. A 40 0C, o crescimento pára, a levedura morre e, a baixas temperaturas, a reprodução pára.

Existem leveduras de fermentação superior e inferior.

Das leveduras culturais, as de baixa fermentação incluem a maioria das leveduras de vinho e cerveja, e as de alta fermentação incluem álcool, padeiro e algumas raças de levedura de cerveja.

Como se sabe, no processo de fermentação alcoólica a partir da glicose, são formados dois produtos principais - etanol e dióxido de carbono, além de produtos secundários intermediários: glicerina, ácidos succínico, acético e pirúvico, acetaldeído, 2,3-butilenoglicol, acetoína , ésteres e óleos fúsel (isoamílico, isopropílico, butílico e outros álcoois).

A fermentação de açúcares individuais ocorre em uma determinada sequência, devido à taxa de sua difusão na célula de levedura. Glicose e frutose são os fermentados mais rápidos pela levedura. A sacarose, como tal, desaparece (inverte-se) no meio no início da fermentação sob a ação da enzima de levedura b - frutofuranosidase, com formação de glicose e frutose, que são facilmente utilizadas pela célula. Quando não há glicose e frutose no meio, a levedura consome maltose.

A levedura tem a capacidade de fermentar concentrações muito altas de açúcar - até 60%, elas também toleram altas concentrações de álcool - até 14-16 vol. %.

Na presença de oxigênio, a fermentação alcoólica para e a levedura obtém energia da respiração de oxigênio:

C6H12O6 + 6O2 ® 6CO2 + 6H2O + 2824 kJ

Como o processo é mais rico energeticamente que o processo de fermentação (118 kJ), a levedura gasta o açúcar de forma muito mais econômica. O término da fermentação sob a influência do oxigênio atmosférico é chamado de efeito Pasteur.

Na produção de álcool, são utilizadas leveduras de topo da espécie S. cerevisiae, que possuem a maior energia de fermentação, formam o máximo de álcool e fermentam mono e dissacarídeos, além de parte das dextrinas.

No fermento de padeiro, as raças de crescimento rápido com bom poder de levantamento e estabilidade de armazenamento são valorizadas.

Na fabricação de cerveja, utiliza-se levedura de baixa fermentação, adaptada a temperaturas relativamente baixas. Eles devem estar microbiologicamente limpos, ter a capacidade de flocular, assentar rapidamente no fundo do fermentador. Temperatura de fermentação 6-8 0С.

Na vinificação valorizam-se as leveduras, que se multiplicam rapidamente, têm a capacidade de suprimir outros tipos de leveduras e microrganismos e conferem ao vinho um bouquet adequado. As leveduras utilizadas na vinificação são S. vini e fermentam glicose, frutose, sacarose e maltose vigorosamente. Na vinificação, quase todas as culturas de leveduras de produção são isoladas de vinhos jovens em várias áreas.

Zigomicetos- fungos do bolor, desempenham um papel importante como produtores de enzimas. Os fungos do gênero Aspergillus produzem enzimas amilolíticas, pectolíticas e outras, que são usadas na indústria do álcool em vez do malte para a sacarificação do amido, na fabricação de cerveja quando o malte é parcialmente substituído por matérias-primas não maltadas, etc.

Na produção de ácido cítrico, o A. niger é o agente causador da fermentação do citrato, convertendo o açúcar em ácido cítrico.

Os microrganismos desempenham um papel duplo na indústria de alimentos. Por um lado, são microorganismos culturais, por outro lado, uma infecção atinge a produção de alimentos, ou seja. microrganismos estranhos (selvagens). Microrganismos selvagens são comuns na natureza (em bagas, frutas, no ar, água, solo) e do meio ambiente entram em produção.

A desinfecção é uma forma eficaz de destruir e suprimir o desenvolvimento de microorganismos estranhos, a fim de cumprir o regime sanitário e higiênico correto nas empresas de alimentos.

Importância das bactérias em nossa vida. A descoberta da penicilina e o desenvolvimento da medicina. Os resultados do uso de antibióticos no mundo vegetal e animal. O que são probióticos, o princípio de sua ação no corpo de pessoas e animais, plantas, benefícios do uso.

Alunos, alunos de pós-graduação, jovens cientistas que usam a base de conhecimento em seus estudos e trabalhos ficarão muito gratos a você.

O uso de microorganismos em medicina, agricultura; benefícios dos probióticos

Rodnikova Inna

INTRODUÇÃO

As pessoas agiram como biotecnólogos por milhares de anos: assaram pão, fabricaram cerveja, fizeram queijo e outros produtos de ácido lático usando vários microorganismos e nem sabiam de sua existência.

Na verdade, o próprio termo “biotecnologia” apareceu em nossa língua não faz muito tempo, em vez dele foram usadas as palavras “microbiologia industrial”, “bioquímica técnica”, etc.. Provavelmente, a fermentação foi o processo biotecnológico mais antigo. Isso é evidenciado pela descrição do processo de fabricação da cerveja, descoberto em 1981.

durante as escavações da Babilônia em um tablet, que remonta a cerca do 6º milênio aC. e. No 3º milênio aC. e. os sumérios produziam até duas dúzias de tipos de cerveja. Processos biotecnológicos não menos antigos são a vinificação, a panificação e a obtenção de produtos láticos.

Pelo exposto, vemos que, por muito tempo, a vida humana está inextricavelmente ligada aos microrganismos vivos. E se por tantos anos as pessoas têm "colaborado" com sucesso, embora inconscientemente, com bactérias, seria lógico fazer a pergunta - por que, de fato, você precisa expandir seus conhecimentos nessa área?

Afinal, tudo parece estar bem de qualquer maneira, sabemos fazer pão e fazer cerveja, fazer vinho e kefir, o que mais você precisa? Por que precisamos da Biotecnologia? Algumas respostas podem ser encontradas neste resumo.

MEDICINA E BACTÉRIAS

Ao longo da história da humanidade (até o início do século XX), as famílias tiveram muitos filhos porque.

muitas vezes as crianças não viviam até a idade adulta, morriam de muitas doenças, até mesmo de pneumonia, que é facilmente curável em nosso tempo, para não falar de doenças graves como cólera, gangrena e peste. Todas essas doenças são causadas por patógenos e eram consideradas incuráveis, mas, finalmente, os cientistas médicos perceberam que outras bactérias, ou um extrato de suas enzimas, poderiam superar as bactérias "malignas".

Isso foi notado pela primeira vez por Alexander Fleming no exemplo do molde elementar.

Descobriu-se que alguns tipos de bactérias se dão bem com o mofo, mas estreptococos e estafilococos não se desenvolvem na presença de mofo.

Numerosas experiências anteriores com a reprodução de bactérias nocivas mostraram que algumas delas são capazes de destruir outras e não permitem seu desenvolvimento no ambiente geral. Esse fenômeno foi chamado de "antibiose" do grego "anti" - contra e "bios" - vida. Trabalhando para encontrar um agente antimicrobiano eficaz, Fleming estava bem ciente disso. Ele não tinha dúvidas de que no copo com o mofo misterioso havia encontrado o fenômeno da antibiose. Ele começou a examinar cuidadosamente o molde.

Depois de algum tempo, ele conseguiu até isolar uma substância antimicrobiana do mofo. Como o mofo com o qual estava lidando tinha o nome latino específico de Penicilium notatum, ele denominou a substância resultante de penicilina.

Assim, em 1929, no laboratório do hospital londrino de St. Maria nasceu a conhecida penicilina.

Testes preliminares da substância em animais experimentais mostraram que, mesmo quando injetada no sangue, não causa danos e, ao mesmo tempo, em soluções fracas, suprime perfeitamente estreptococos e estafilococos.

O papel dos microrganismos na tecnologia de produção de alimentos

O assistente de Fleming, Dr. Stuart Greddock, que adoeceu com inflamação purulenta da chamada cavidade maxilar, foi a primeira pessoa que decidiu tomar um extrato de penicilina.

Ele foi injetado na cavidade com uma pequena quantidade de extrato do mofo, e após três horas foi possível constatar que seu estado de saúde havia melhorado significativamente.

Assim começou a era dos antibióticos, que salvaram milhões de vidas, tanto em tempos de paz como em tempos de guerra, quando os feridos morriam não pela gravidade da ferida, mas pelas infecções a eles associadas. No futuro, novos antibióticos foram desenvolvidos, baseados na penicilina, métodos para sua produção para uso generalizado.

BIOTECNOLOGIA E AGRICULTURA

O resultado de um avanço na medicina foi um rápido aumento demográfico.

A população aumentou drasticamente, o que significa que era necessário mais alimentos, e devido à deterioração do meio ambiente devido aos testes nucleares, ao desenvolvimento da indústria, ao esgotamento do húmus das terras cultivadas, surgiram muitas doenças de plantas e gado.

No início, as pessoas tratavam animais e plantas com antibióticos e isso trazia resultados.

Vamos dar uma olhada nesses resultados. Sim, se vegetais, frutas, ervas, etc. forem tratados com fungicidas fortes durante a estação de crescimento, isso ajudará a suprimir o desenvolvimento de alguns patógenos (não todos e não completamente), mas, em primeiro lugar, isso leva ao acúmulo de venenos e toxinas nas frutas, o que significa que as qualidades benéficas do feto são reduzidas e, em segundo lugar, micróbios nocivos desenvolvem rapidamente imunidade a substâncias que os envenenam e os tratamentos subseqüentes devem ser realizados com antibióticos cada vez mais poderosos.

O mesmo fenômeno é observado no mundo animal e, infelizmente, nos humanos.

Além disso, os antibióticos causam uma série de consequências negativas no corpo de animais de sangue quente, como disbacteriose, deformidades fetais em mulheres grávidas, etc.

Como ser? A própria natureza responde a esta pergunta! E essa resposta é PROBIÓTICOS!

Os principais institutos de biotecnologia e engenharia genética há muito se dedicam ao desenvolvimento de novos e à seleção de microorganismos conhecidos que possuem incrível viabilidade e capacidade de “vencer” na luta contra outros micróbios.

Essas cepas de elite, como "bacillus subtilis" e "Licheniformis", são amplamente usadas para tratar pessoas, animais e plantas de forma incrivelmente eficaz e totalmente segura.

Como isso é possível? E aqui está como: no corpo de pessoas e animais necessariamente contém muitas bactérias necessárias. Eles estão envolvidos nos processos de digestão, formação de enzimas e compõem quase 70% do sistema imunológico humano. Se por qualquer motivo (tomar antibióticos, desnutrição) o equilíbrio bacteriano de uma pessoa for perturbado, ela ficará desprotegida de novos micróbios nocivos e, em 95% dos casos, ficará doente novamente.

O mesmo se aplica aos animais. E cepas de elite, entrando no corpo, começam a se multiplicar ativamente e destruir a flora patogênica, porque. já citados acima, possuem maior viabilidade. Assim, com a ajuda de cepas de microrganismos de elite, é possível manter um macro organismo saudável sem antibióticos e em harmonia com a natureza, pois por si só, estando no corpo, essas cepas trazem apenas benefícios e nenhum mal.

Eles são melhores que os antibióticos também porque:

A resposta do microcosmo à introdução de superantibióticos na prática empresarial é óbvia e decorre do material experimental já à disposição dos cientistas - o nascimento de um supermicróbio.

Os micróbios são máquinas biológicas de autodesenvolvimento e autoaprendizagem surpreendentemente perfeitas, capazes de memorizar em sua memória genética os mecanismos de proteção que criaram contra os efeitos nocivos dos antibióticos e transmitir informações aos seus descendentes.

As bactérias são uma espécie de "biorreator" no qual são produzidas enzimas, aminoácidos, vitaminas e bacteriocinas que, como os antibióticos, neutralizam os patógenos.

No entanto, não há dependência deles, nem efeitos colaterais típicos do uso de antibióticos químicos. Pelo contrário, são capazes de limpar as paredes intestinais, aumentar a sua permeabilidade aos nutrientes essenciais, restaurar o equilíbrio biológico da microflora intestinal e estimular todo o sistema imunitário.

Os cientistas aproveitaram o caminho natural da natureza para manter a saúde do macro organismo, ou seja, do ambiente natural, isolaram bactérias - saprófitas, que têm a capacidade de suprimir o crescimento e desenvolvimento da microflora patogênica, inclusive no trato gastrointestinal de animais de sangue quente.

Milhões de anos de evolução dos seres vivos no planeta criaram mecanismos tão maravilhosos e perfeitos para suprimir a microflora patogênica com outras não patogênicas que não há razão para duvidar do sucesso dessa abordagem.

A microflora não patogênica na luta competitiva vence na maioria indiscutível dos casos e, se não fosse assim, não estaríamos hoje em nosso planeta.

Com base no exposto, os cientistas que produzem fertilizantes e fungicidas para uso agrícola também tentaram passar de uma visão química para uma visão biológica.

E os resultados não demoraram a aparecer! Descobriu-se que o mesmo bacillus subtilis combate com sucesso até setenta variedades de representantes patogênicos que causam doenças de culturas hortícolas como câncer bacteriano, murcha de fusarium, raiz e podridão radicular, etc., anteriormente consideradas doenças de plantas incuráveis com as quais ele não podia manuseie NÃO UM ÚNICO FUNGICIDA!

Além disso, essas bactérias têm um efeito claramente positivo na vegetação da planta: o período de enchimento e amadurecimento dos frutos é reduzido, as qualidades úteis dos frutos aumentam, o teor de nitratos diminui, etc.

substâncias tóxicas e, o mais importante, a necessidade de fertilizantes minerais é significativamente reduzida!

Preparações contendo cepas de bactérias de elite já estão em primeiro lugar em exposições russas e internacionais, estão ganhando medalhas por eficiência e respeito ao meio ambiente. Pequenos e grandes produtores agrícolas já iniciaram seu uso ativo, e os fungicidas e antibióticos estão gradualmente se tornando coisa do passado.

Os produtos da empresa Bio-Ban são Flora-S e Fitop-Flora-S, que oferecem fertilizantes secos de turfa húmica contendo ácidos húmicos concentrados (e húmus saturado é a chave para uma colheita excelente) e uma cepa bacteriana "bacillus subtilis" para doenças ao controle. Graças a esses preparativos, é possível restaurar terras esgotadas em pouco tempo, aumentar a produtividade da terra, proteger sua lavoura de doenças e, o mais importante, obter excelentes rendimentos em áreas de cultivo de risco!

Acho que os argumentos acima são suficientes para apreciar os benefícios dos probióticos e entender por que os cientistas dizem que o século XX é o século dos antibióticos e o século XXI é o século dos probióticos!

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INDÚSTRIA MICROBIOLÓGICA, produção de um produto com a ajuda de microorganismos. O processo realizado pelos microorganismos é chamado de fermentação; o recipiente no qual flui é chamado de fermentador (ou biorreator).

Processos envolvendo bactérias, leveduras e fungos mofados são utilizados pelo homem há centenas de anos para produzir alimentos e bebidas, processar tecidos e couros, mas a participação de microrganismos nesses processos só foi claramente demonstrada em meados do século XIX.

No século 20 a indústria explorou todas as maravilhosas habilidades biossintéticas dos microorganismos, e agora a fermentação é central para a biotecnologia. Com sua ajuda, uma variedade de produtos químicos e drogas de alta pureza são obtidos, cerveja, vinho e alimentos fermentados são feitos.

Em todos os casos, o processo de fermentação é dividido em seis etapas principais.

Criando um ambiente. Em primeiro lugar, é necessário escolher o meio de cultura adequado. Os microrganismos requerem fontes orgânicas de carbono, uma fonte adequada de nitrogênio e vários minerais para seu crescimento. Na produção de bebidas alcoólicas, o meio deve conter malte de cevada, bagaço de frutas ou bagas.

Por exemplo, a cerveja geralmente é feita de mosto de malte, enquanto o vinho é feito de suco de uva. Além da água e possivelmente de alguns aditivos, esses extratos compõem o meio de crescimento.

Os ambientes para obtenção de produtos químicos e medicamentos são muito mais complexos. Na maioria das vezes, açúcares e outros carboidratos são usados como fonte de carbono, mas frequentemente óleos e gorduras e, às vezes, hidrocarbonetos.

A fonte de nitrogênio é geralmente amônia e sais de amônio, além de vários produtos de origem vegetal ou animal: farinha de soja, soja, farelo de algodão, farelo de amendoim, subprodutos do amido de milho, resíduos de matadouros, farinha de peixe, extrato de levedura. Compilar e otimizar um meio de cultivo é um processo altamente complexo, e as receitas de meios industriais são um segredo bem guardado.

Esterilização. O meio deve ser esterilizado para matar todos os microorganismos contaminantes. O próprio fermentador e o equipamento auxiliar também são esterilizados. Existem dois métodos de esterilização: injeção direta de vapor superaquecido e aquecimento com trocador de calor.

O grau desejado de esterilidade depende da natureza do processo de fermentação.

Os principais grupos de microrganismos utilizados na indústria de alimentos

Deve ser máximo ao receber medicamentos e produtos químicos. Os requisitos de esterilidade na produção de bebidas alcoólicas são menos rigorosos.

Esses processos de fermentação são considerados "protegidos" porque as condições criadas no ambiente são tais que apenas certos microorganismos podem crescer neles. Por exemplo, na produção de cerveja, o meio de crescimento é simplesmente fervido em vez de esterilizado; o fermentador também é usado limpo, mas não estéril.

Obtendo cultura. Antes de iniciar o processo de fermentação, é necessário obter uma cultura pura e altamente produtiva. Culturas puras de microrganismos são armazenadas em volumes muito pequenos e em condições que garantam sua viabilidade e produtividade; isso geralmente é obtido pelo armazenamento em baixa temperatura.

O fermentador pode conter várias centenas de milhares de litros de meio de cultura, e o processo é iniciado pela introdução de cultura (inóculo) nele, constituindo 1-10% do volume em que a fermentação ocorrerá. Assim, a cultura inicial deve ser cultivada passo a passo (com subcultivos) até atingir o nível de biomassa microbiana suficiente para que o processo microbiológico prossiga com a produtividade necessária.

É absolutamente necessário manter a cultura limpa todo esse tempo, evitando que ela seja contaminada por microrganismos estranhos.

A preservação das condições assépticas só é possível com um cuidadoso controle microbiológico e químico-tecnológico.

Crescimento em fermentador industrial (biorreator). Microrganismos industriais devem crescer no fermentador em condições ideais para formar o produto desejado.

Essas condições são rigorosamente controladas para garantir o crescimento microbiano e a síntese do produto. O design do fermentador deve permitir que você controle as condições de crescimento - uma temperatura constante, pH (acidez ou alcalinidade) e a concentração de oxigênio dissolvido no meio.

Um fermentador convencional é um tanque cilíndrico fechado no qual o meio e os microorganismos são mecanicamente misturados.

O ar, às vezes saturado com oxigênio, é bombeado através do meio. A temperatura é controlada pela passagem de água ou vapor pelos tubos do trocador de calor. Esse fermentador agitado é usado nos casos em que o processo de fermentação requer muito oxigênio. Alguns produtos, ao contrário, são formados sob condições anóxicas e, nesses casos, são utilizados fermentadores de design diferente. Assim, a cerveja é fabricada em concentrações muito baixas de oxigênio dissolvido e o conteúdo do biorreator não é aerado ou mexido.

Alguns cervejeiros ainda tradicionalmente usam recipientes abertos, mas na maioria dos casos, o processo ocorre em recipientes cilíndricos fechados não aerados, afilando para baixo, o que contribui para a sedimentação da levedura.

A produção de vinagre é baseada na oxidação do álcool a ácido acético por bactérias.

Acetobacter. O processo de fermentação ocorre em recipientes chamados acetatos, com aeração intensiva. O ar e o meio são sugados por um agitador rotativo e entram nas paredes do fermentador.

Isolamento e purificação de produtos. No final da fermentação, o caldo contém microorganismos, componentes nutrientes não utilizados do meio, vários resíduos de microorganismos e o produto que eles desejavam obter em escala industrial. Portanto, este produto é purificado de outros componentes do caldo.

Ao receber bebidas alcoólicas (vinho e cerveja), basta separar o fermento por filtração e trazer o filtrado ao padrão. No entanto, produtos químicos individuais obtidos por fermentação são extraídos de um caldo complexo.

Embora os microrganismos industriais sejam selecionados especificamente por suas propriedades genéticas para que o rendimento do produto desejado de seu metabolismo seja maximizado (no sentido biológico), sua concentração ainda é pequena em comparação com a obtida pela produção baseada em síntese química.

Portanto, é preciso recorrer a métodos de isolamento complexos - extração por solvente, cromatografia e ultrafiltração. Processamento e descarte de resíduos de fermentação. Em qualquer processo microbiológico industrial, são gerados resíduos: caldo (líquido que sobra após a extração do produto da produção); células de microorganismos usados; água suja, que lavou a instalação; água utilizada para resfriamento; água contendo vestígios de solventes orgânicos, ácidos e álcalis.

Os resíduos líquidos contêm muitos compostos orgânicos; se forem despejados nos rios, estimularão o crescimento intensivo da flora microbiana natural, o que levará ao esgotamento do oxigênio nas águas dos rios e à criação de condições anaeróbicas. Portanto, os resíduos são submetidos a tratamento biológico antes do descarte, a fim de reduzir o teor de carbono orgânico. Os processos microbiológicos industriais podem ser divididos em 5 grupos principais: 1) cultivo de biomassa microbiana; 2) obtenção de produtos metabólicos de microrganismos; 3) obtenção de enzimas de origem microbiana; 4) obtenção de produtos recombinantes; 5) biotransformação de substâncias.

biomassa microbiana. As próprias células microbianas podem servir como produto final do processo de fabricação. Em escala industrial, são produzidos dois tipos principais de microrganismos: a levedura, necessária para panificação, e os microrganismos unicelulares, utilizados como fonte de proteínas que podem ser adicionadas à alimentação humana e animal.

A levedura de padeiro tem sido cultivada em grandes quantidades desde o início do século XX. e foi usado como produto alimentício na Alemanha durante a Primeira Guerra Mundial.

No entanto, a tecnologia para a produção de biomassa microbiana como fonte de proteínas alimentares foi desenvolvida apenas no início da década de 1960. Várias empresas européias chamaram a atenção para a possibilidade de cultivar micróbios em um substrato como hidrocarbonetos para obter os chamados.

proteína de organismos unicelulares (BOO). Um triunfo tecnológico foi o desenvolvimento de um produto adicionado à ração animal, constituído por biomassa microbiana seca cultivada em metanol.

O processo foi realizado de forma contínua em um fermentador com volume de trabalho de 1,5 milhão de litros

No entanto, devido ao aumento dos preços do petróleo e dos produtos derivados do seu processamento, este projeto tornou-se economicamente inviável, dando lugar à produção de soja e farinha de peixe. No final da década de 1980, as fábricas de BOO foram desmanteladas, o que pôs fim ao turbulento mas curto período de desenvolvimento deste ramo da indústria microbiológica. Outro processo mostrou-se mais promissor - obtenção de biomassa fúngica e proteína micoproteica fúngica usando carboidratos como substrato.

produtos metabólicos. Após a introdução da cultura no meio nutriente, observa-se uma fase lag, quando não ocorre crescimento visível de microorganismos; esse período pode ser considerado como um período de adaptação. Em seguida, a taxa de crescimento aumenta gradualmente, atingindo um valor máximo constante para as condições dadas; esse período de crescimento máximo é chamado de fase exponencial ou logarítmica.

Gradualmente, o crescimento diminui e os chamados. fase estacionária. Além disso, o número de células viáveis diminui e o crescimento para.

Seguindo a cinética descrita acima, é possível acompanhar a formação de metabólitos em diferentes estágios.

Na fase logarítmica, são formados produtos vitais para o crescimento dos microorganismos: aminoácidos, nucleotídeos, proteínas, ácidos nucléicos, carboidratos, etc. Eles são chamados de metabólitos primários.

Muitos metabólitos primários são de valor significativo. Assim, o ácido glutâmico (mais precisamente, seu sal de sódio) faz parte de muitos alimentos; a lisina é usada como aditivo alimentar; a fenilalanina é o precursor do aspartame, substituto do açúcar.

Os metabólitos primários são sintetizados por microrganismos naturais em quantidades necessárias apenas para atender às suas necessidades. Portanto, a tarefa dos microbiologistas industriais é criar formas mutantes de microorganismos - superprodutores das substâncias correspondentes.

Avanços significativos foram feitos nessa área: por exemplo, foi possível obter microrganismos que sintetizam aminoácidos até uma concentração de 100 g/l (para comparação, organismos selvagens acumulam aminoácidos em quantidades de miligramas).

Na fase de retardo do crescimento e na fase estacionária, alguns microrganismos sintetizam substâncias que não são formadas na fase logarítmica e não desempenham um papel claro no metabolismo. Essas substâncias são chamadas de metabólitos secundários. Eles são sintetizados não por todos os microorganismos, mas principalmente por bactérias filamentosas, fungos e bactérias formadoras de esporos. Assim, produtores de metabólitos primários e secundários pertencem a diferentes grupos taxonômicos. Se a questão do papel fisiológico dos metabólitos secundários nas células produtoras foi objeto de sérias discussões, então sua produção industrial é de interesse indiscutível, uma vez que esses metabólitos são substâncias biologicamente ativas: alguns deles têm atividade antimicrobiana, outros são inibidores específicos de enzimas , e outros são fatores de crescimento. , muitos têm atividade farmacológica.

A obtenção dessas substâncias serviu de base para a criação de vários ramos da indústria microbiológica. O primeiro desta série foi a produção de penicilina; O método microbiológico para a produção de penicilina foi desenvolvido na década de 1940 e lançou as bases para a biotecnologia industrial moderna.

A indústria farmacêutica desenvolveu métodos altamente complexos para a triagem (teste em massa) de microorganismos quanto à capacidade de produzir metabólitos secundários valiosos.

Inicialmente, o objetivo da triagem era obter novos antibióticos, mas logo se descobriu que os microrganismos também sintetizam outras substâncias farmacologicamente ativas.

Durante a década de 1980, foi estabelecida a produção de quatro metabólitos secundários muito importantes. São eles: a ciclosporina, uma droga imunossupressora usada como agente para prevenir a rejeição de órgãos implantados; imipenem (uma das modificações do carbapenem) - uma substância com o mais amplo espectro de atividade antimicrobiana de todos os antibióticos conhecidos; lovastatina - um medicamento que reduz os níveis de colesterol no sangue; A ivermectina é um anti-helmíntico usado na medicina para tratar a oncocercose, ou "cegueira dos rios", bem como na medicina veterinária.

Enzimas de origem microbiana. Em escala industrial, as enzimas são obtidas de plantas, animais e microorganismos. A utilização deste último tem a vantagem de permitir a produção de enzimas em grandes quantidades usando técnicas de fermentação padrão.

Além disso, é incomparavelmente mais fácil aumentar a produtividade de microorganismos do que de plantas ou animais, e o uso da tecnologia de DNA recombinante permite sintetizar enzimas animais em células de microorganismos.

As enzimas obtidas desta forma são utilizadas principalmente na indústria alimentar e áreas afins. A síntese de enzimas nas células é controlada geneticamente e, portanto, os microrganismos produtores industriais disponíveis foram obtidos como resultado de uma mudança direcionada na genética de microrganismos do tipo selvagem.

produtos recombinantes. A tecnologia do DNA recombinante, mais conhecida como "engenharia genética", permite que os genes de organismos superiores sejam incorporados ao genoma bacteriano. Como resultado, as bactérias adquirem a capacidade de sintetizar produtos "estranhos" (recombinantes) - compostos que anteriormente só podiam ser sintetizados por organismos superiores.

Com base nisso, muitos novos processos biotecnológicos foram criados para a produção de proteínas humanas ou animais que antes não estavam disponíveis ou eram usadas com grandes riscos à saúde.

O próprio termo "biotecnologia" tornou-se popular na década de 1970 em conexão com o desenvolvimento de métodos para a produção de produtos recombinantes. No entanto, esse conceito é muito mais amplo e inclui qualquer método industrial baseado no uso de organismos vivos e processos biológicos.

A primeira proteína recombinante produzida em escala industrial foi o hormônio do crescimento humano. Para o tratamento da hemofilia, uma das proteínas do sistema de coagulação do sangue, ou seja, o fator

VIII. Antes do desenvolvimento de métodos para obtenção dessa proteína por meio da engenharia genética, ela era isolada do sangue humano; o uso de tal medicamento foi associado a um risco de infecção pelo vírus da imunodeficiência humana (HIV).

Por muito tempo, o diabetes mellitus foi tratado com sucesso com insulina animal. No entanto, os cientistas acreditavam que o produto recombinante criaria menos problemas imunológicos se pudesse ser obtido em sua forma pura, sem impurezas de outros peptídeos produzidos pelo pâncreas.

Além disso, era esperado que o número de pacientes diabéticos aumentasse ao longo do tempo devido a fatores como mudanças nos hábitos alimentares, melhor atendimento às gestantes com diabetes (e, consequentemente, aumento na frequência de predisposição genética ao diabetes), e, por fim, o esperado aumento da expectativa de vida dos pacientes diabéticos.

A primeira insulina recombinante chegou ao mercado em 1982 e, no final da década de 1980, praticamente substituiu a insulina animal.

Muitas outras proteínas são sintetizadas no corpo humano em quantidades muito pequenas, e a única forma de obtê-las em escala suficiente para uso clínico é por meio da tecnologia do DNA recombinante. Essas proteínas incluem interferon e eritropoetina.

A eritropoetina, juntamente com o fator estimulante de colônias mielóides, regula a formação de células sanguíneas em humanos. A eritropoetina é usada para tratar a anemia associada à insuficiência renal e pode ser usada como um reforço de plaquetas na quimioterapia do câncer.

Biotransformação de substâncias. Os microrganismos podem ser usados para converter certos compostos em substâncias estruturalmente semelhantes, mas mais valiosas. Como os microrganismos podem exercer sua ação catalítica em relação apenas a certas substâncias específicas, os processos que ocorrem com a participação deles são mais específicos do que os puramente químicos. O processo de biotransformação mais conhecido é a produção de vinagre pela conversão de etanol em ácido acético.

Mas entre os produtos formados durante a biotransformação, também existem compostos altamente valiosos como hormônios esteróides, antibióticos e prostaglandinas. Veja também ENGENHARIA GENÉTICA. Microbiologia Industrial e Avanços em Engenharia Genética(edição especial da Scientific American).

M., 1984
Biotecnologia. Princípios e aplicação. M., 1988

Produção Uso humano de microrganismos.

Os microrganismos são amplamente utilizados na indústria alimentar, doméstica, indústria microbiológica para produzir aminoácidos, enzimas, ácidos orgânicos, vitaminas, etc.

As indústrias microbiológicas clássicas incluem vinificação, fabricação de cerveja, fabricação de pão, produtos de ácido lático e vinagre alimentar. Por exemplo, a vinificação, a fabricação de cerveja e a produção de massa de fermento são impossíveis sem o uso de fermento, que é amplamente distribuído na natureza.

A história da produção industrial de fermento começou na Holanda, onde em 1870 ᴦ. A primeira fábrica de fermento foi fundada. O principal produto era o fermento prensado com um teor de umidade de cerca de 70%, que podia ser armazenado por apenas algumas semanas.

O armazenamento a longo prazo era impossível, pois as células de levedura prensadas permaneciam vivas e retinham sua atividade, o que levava à sua autólise e morte. A secagem tornou-se um dos métodos de preservação industrial da levedura. Na levedura seca em baixa umidade, a célula de levedura está em um estado anabiótico e pode persistir por muito tempo.

A primeira levedura seca apareceu em 1945 ᴦ. Em 1972 ᴦ. surgiu a segunda geração de fermento seco, o chamado fermento instantâneo.

O uso de microrganismos na indústria de alimentos

Desde meados da década de 1990, surgiu uma terceira geração de fermento seco: o fermento de padeiro. Saccharomyces cerevisiae, que combinam as virtudes da levedura instantânea com um complexo altamente concentrado de enzimas de panificação especializadas em um único produto.

Esta levedura permite não só melhorar a qualidade do pão, mas também resistir ativamente ao processo de mofo.

fermento de padeiro Saccharomyces cerevisiae também são usados na produção de álcool etílico.

A vinificação usa muitas cepas diferentes de levedura para produzir uma marca única de vinho com qualidades únicas.

As bactérias do ácido láctico estão envolvidas na preparação de alimentos como chucrute, pepinos em conserva, azeitonas em conserva e muitos outros alimentos em conserva.

As bactérias do ácido lático convertem o açúcar em ácido lático, que protege os alimentos das bactérias putrefativas.

Com a ajuda de bactérias do ácido lático, uma grande variedade de produtos de ácido lático, queijo cottage e queijo é preparada.

Ao mesmo tempo, muitos microrganismos desempenham um papel negativo na vida humana, sendo patógenos de doenças humanas, animais e vegetais; eles podem causar deterioração de alimentos, destruição de vários materiais, etc.

Para combater esses microorganismos, foram descobertos antibióticos - penicilina, estreptomicina, gramicidina, etc., que são produtos metabólicos de fungos, bactérias e actinomicetos.

Os microrganismos fornecem aos humanos as enzimas necessárias.

Assim, a amilase é utilizada nas indústrias alimentícia, têxtil e de papel. A protease causa a degradação de proteínas em vários materiais. No Oriente, a protease de cogumelo é usada há séculos para fazer molho de soja.

Hoje é usado na fabricação de detergentes. Ao preservar sucos de frutas, uma enzima como a pectinase é usada.

Os microrganismos são usados para tratamento de águas residuais, processamento de resíduos da indústria alimentar. A decomposição anaeróbica da matéria orgânica residual produz biogás.

Nos últimos anos, novas produções surgiram.

Carotenóides e esteróides são obtidos a partir de cogumelos.

As bactérias sintetizam muitos aminoácidos, nucleotídeos e outros reagentes para pesquisas bioquímicas.

A microbiologia é uma ciência em rápido desenvolvimento, cujas realizações estão amplamente associadas ao desenvolvimento da física, química, bioquímica, biologia molecular, etc.

Para estudar com sucesso a microbiologia, é necessário o conhecimento das ciências listadas.

Este curso enfoca a microbiologia de alimentos.

Muitos microorganismos vivem na superfície do corpo, nos intestinos de humanos e animais, nas plantas, nos alimentos e em todos os objetos ao nosso redor. Os microrganismos consomem uma grande variedade de alimentos, adaptam-se com extrema facilidade às mudanças nas condições de vida: calor, frio, falta de umidade, etc.

s. Οʜᴎ multiplicam-se muito rapidamente. Sem o conhecimento da microbiologia, é impossível gerenciar com competência e eficácia os processos biotecnológicos, manter a alta qualidade dos produtos alimentícios em todas as etapas de sua produção e prevenir o consumo de produtos que contenham patógenos de doenças transmitidas por alimentos e intoxicações.

Isso se explica não apenas pela diversidade e abundância da microflora nos produtos alimentícios, mas também pelo uso de microrganismos na produção de muitos deles.

A este respeito, na análise microbiológica da qualidade e segurança alimentar, devem ser distinguidos dois grupos de microrganismos:

- microflora específica;

- microflora inespecífica.

Específico- ϶ᴛᴏ raças culturais de microorganismos que são utilizados para preparar um determinado produto e são um elo indispensável na tecnologia de sua produção.

Essa microflora é usada na tecnologia de obtenção de vinho, cerveja, pão e todos os produtos lácteos fermentados.

não específico- ϶ᴛᴏ microorganismos que entram nos alimentos do ambiente, contaminando-os.

Entre este grupo de microrganismos, destacam-se os saprofíticos, patogênicos e condicionalmente patogênicos, bem como os microrganismos que causam a deterioração dos produtos.

O grau de poluição depende de muitos fatores, que incluem a aquisição correta de matérias-primas, seu armazenamento e processamento, cumprimento das condições tecnológicas e sanitárias para a produção de produtos, armazenamento e transporte.

Os microrganismos são amplamente utilizados na indústria alimentar, doméstica, indústria microbiológica para obter aminoácidos, enzimas, ácidos orgânicos, vitaminas, etc. As indústrias microbiológicas clássicas incluem vinificação, fabricação de cerveja, fabricação de pão, produtos láticos e vinagre alimentar. Por exemplo, a vinificação, a fabricação de cerveja e a produção de massa de fermento são impossíveis sem o uso de fermento, que é amplamente distribuído na natureza.

A história da produção de fermento industrial começou na Holanda, onde em 1870 foi fundada a primeira fábrica de fermento. O principal produto era o fermento prensado com um teor de umidade de cerca de 70%, que podia ser armazenado por apenas algumas semanas. O armazenamento a longo prazo era impossível, pois as células de levedura prensadas permaneciam vivas e retinham sua atividade, o que levava à sua autólise e morte. A secagem tornou-se um dos métodos de preservação industrial da levedura. Na levedura seca em baixa umidade, a célula de levedura está em um estado anabiótico e pode persistir por muito tempo. A primeira levedura seca surgiu em 1945. Em 1972, surgiu a segunda geração de levedura seca, a chamada levedura instantânea. Desde meados da década de 1990, surgiu uma terceira geração de fermento seco: o fermento de padeiro. Saccharomyces cerevisiae, que combinam as virtudes da levedura instantânea com um complexo altamente concentrado de enzimas de panificação especializadas em um único produto. Esta levedura permite não só melhorar a qualidade do pão, mas também resistir ativamente ao processo de mofo.

fermento de padeiro Saccharomyces cerevisiae também são usados na produção de álcool etílico.

A vinificação usa muitas cepas diferentes de levedura para produzir uma marca única de vinho com qualidades únicas.

As bactérias do ácido lático estão envolvidas na preparação de alimentos como chucrute, picles, azeitonas em conserva e muitos outros alimentos em conserva.

As bactérias do ácido lático convertem o açúcar em ácido lático, que protege os alimentos das bactérias putrefativas.

Com a ajuda de bactérias do ácido lático, uma grande variedade de produtos de ácido lático, queijo cottage e queijo é preparada.

No entanto, muitos microrganismos desempenham um papel negativo na vida humana, sendo patógenos de doenças humanas, animais e vegetais; eles podem causar deterioração de alimentos, destruição de vários materiais, etc.

Para combater esses microorganismos, foram descobertos antibióticos - penicilina, estreptomicina, gramicidina, etc., que são produtos metabólicos de fungos, bactérias e actinomicetos.

Os microrganismos fornecem aos humanos as enzimas necessárias. Assim, a amilase é utilizada nas indústrias alimentícia, têxtil e de papel. A protease causa a degradação de proteínas em vários materiais. No Oriente, a protease de cogumelo é usada há séculos para fazer molho de soja. Atualmente, é utilizado na fabricação de detergentes. Ao preservar sucos de frutas, uma enzima como a pectinase é usada.

Os microrganismos são usados para tratamento de águas residuais, processamento de resíduos da indústria alimentar. A decomposição anaeróbica da matéria orgânica residual produz biogás.

Nos últimos anos, novas produções surgiram. Carotenóides e esteróides são obtidos a partir de cogumelos.

As bactérias sintetizam muitos aminoácidos, nucleotídeos e outros reagentes para pesquisas bioquímicas.

A microbiologia é uma ciência em rápido desenvolvimento, cujas realizações estão amplamente associadas ao desenvolvimento da física, química, bioquímica, biologia molecular, etc.

Para estudar com sucesso a microbiologia, é necessário o conhecimento das ciências listadas.

Este curso enfoca a microbiologia de alimentos. Muitos microorganismos vivem na superfície do corpo, nos intestinos de humanos e animais, nas plantas, nos alimentos e em todos os objetos ao nosso redor. Os microrganismos consomem uma grande variedade de alimentos, adaptam-se com extrema facilidade às mudanças nas condições de vida: calor, frio, falta de umidade, etc. Sem o conhecimento da microbiologia, é impossível gerenciar com competência e eficácia os processos biotecnológicos, manter a alta qualidade dos produtos alimentícios em todas as etapas de sua produção e prevenir o consumo de produtos que contenham patógenos de doenças transmitidas por alimentos e intoxicações.

Deve-se enfatizar que os estudos microbiológicos de produtos alimentícios, não só do ponto de vista das características tecnológicas, mas também, não menos importante, do ponto de vista de sua segurança sanitária e microbiológica, são o objeto mais difícil da microbiologia sanitária. Isso se explica não apenas pela diversidade e abundância da microflora nos produtos alimentícios, mas também pelo uso de microrganismos na produção de muitos deles.

A este respeito, na análise microbiológica da qualidade e segurança alimentar, devem ser distinguidos dois grupos de microrganismos:

- microflora específica;

- microflora inespecífica.

Específico- São raças culturais de microorganismos que se utilizam para preparar um determinado produto e são um elo indispensável na tecnologia de sua produção.

Essa microflora é usada na tecnologia de produção de vinho, cerveja, pão e todos os produtos lácteos fermentados.

não específico São microrganismos que entram nos alimentos do ambiente, contaminando-os. Entre este grupo de microrganismos, destacam-se os saprofíticos, patogênicos e condicionalmente patogênicos, bem como os microrganismos que causam a deterioração dos produtos.

Um dos muitos reinos animais é a bactéria. Neste artigo falaremos sobre o papel das bactérias na natureza e na vida humana, apresentaremos os representantes patogênicos deste reino.

bactérias na natureza

Esses organismos vivos foram os primeiros a aparecer em nosso planeta. Eles são distribuídos em todos os lugares. As bactérias vivem no fundo dos corpos d'água, no solo, e podem suportar temperaturas baixas e altas.

A importância desses organismos na natureza é inegável. São as bactérias que fornecem o ciclo das substâncias na natureza, o que é fundamental para a vida na Terra. Compostos orgânicos sob sua influência mudam e se decompõem em substâncias inorgânicas.

Os processos de formação do solo são fornecidos pelos microorganismos do solo. Os restos de plantas e animais se decompõem e se transformam em húmus e húmus apenas graças às bactérias.

No ambiente aquático, representantes deste reino são utilizados para purificar reservatórios, bem como águas residuais. Devido à sua atividade vital, as bactérias transformam substâncias orgânicas perigosas em inorgânicas seguras.

Arroz. 1. O papel das bactérias na natureza.

patógenos

No entanto, existem bactérias que prejudicam outros organismos vivos. Patógenos podem causar doenças em plantas, animais e humanos. Por exemplo:

Salmonella causa febre tifóide;
Shigella - disenteria;
Clostridium - tétano e gangrena;
Bacilo da tuberculose - tuberculose
Estafilococos e estreptococos - supuração, etc.

As vias de transmissão podem ser variadas:

ao espirrar, falar, tossir de uma pessoa doente;
durante o contato físico;
com a ajuda de portadores (insetos, roedores);
através da penetração da ferida.

Muitas doenças terminam em morte, devido à sua capacidade de adaptação aos medicamentos, as bactérias não são tão fáceis de destruir. A ciência moderna está lutando ativamente contra patógenos, liberando novos medicamentos.

Arroz. 2. Microorganismos patogênicos.

O estudo da fisiologia das bactérias foi fundado por Louis Pasteur na década de 1850. Sua pesquisa foi continuada por M. V. Beyerink e S. N. Vinogradsky, que investigaram a importância dos microrganismos na natureza.

Uso de bactérias

A humanidade aprendeu a usar as bactérias em benefício próprio, por exemplo:

na fabricação de medicamentos;

Existem tipos especiais de bactérias capazes de produzir os antibióticos mais fortes, como a tetraciclina e a estreptomicina. Por sua ação, eles matam muitos patógenos.

preparação de novos alimentos;
liberação de substâncias orgânicas;
obtenção de produtos lácteos fermentados (iogurtes, fermentos, kefirs, leite fermentado cozido);
produção de vários tipos de queijos;
vinificação;
marinar e fermentar vegetais.

Arroz. 3. Uso humano de bactérias.

O que aprendemos?

As bactérias são de grande importância na natureza e na vida humana. Sem esses microrganismos, o ciclo das substâncias no ambiente não poderia ocorrer. E embora muitos deles possam ser prejudiciais à vida e à saúde, o uso de bactérias pelo homem tornou possível combater muitas doenças e produzir muitos novos produtos alimentícios.

Questionário de tópico

Avaliação de relatório

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As bactérias vivem no planeta Terra há mais de 3,5 bilhões de anos. Durante esse tempo eles aprenderam muito e se adaptaram muito. Agora eles estão ajudando as pessoas. As bactérias e o homem tornaram-se inseparáveis. A massa total de bactérias é enorme. São cerca de 500 bilhões de toneladas.

As bactérias benéficas desempenham duas das funções ecológicas mais importantes - fixam nitrogênio e participam da mineralização de resíduos orgânicos. O papel das bactérias na natureza é global. Eles estão envolvidos no movimento, concentração e dispersão de elementos químicos na biosfera terrestre.

A importância das bactérias benéficas para os seres humanos é grande. Eles compõem 99% de toda a população que habita seu corpo. Graças a eles, uma pessoa vive, respira e come.

Importante. Eles fornecem suporte de vida completo.

As bactérias são bastante simples. Os cientistas sugerem que eles apareceram pela primeira vez no planeta Terra.

Bactérias benéficas no corpo humano

O corpo humano é habitado por úteis e. O equilíbrio existente entre o corpo humano e as bactérias foi aprimorado por séculos.

Como os cientistas calcularam, o corpo humano contém de 500 a 1.000 tipos diferentes de bactérias ou trilhões desses incríveis inquilinos, o que representa até 4 kg de peso total. Até 3 quilos de corpos microbianos são encontrados apenas nos intestinos. O restante deles está no trato urogenital, na pele e em outras cavidades do corpo humano. Os micróbios preenchem o corpo de um recém-nascido desde os primeiros minutos de vida e, finalmente, formam a composição da microflora intestinal por volta dos 10 a 13 anos.

Estreptococos, lactobacilos, bifidobactérias, enterobactérias, fungos, vírus intestinais, protozoários não patogênicos vivem no intestino. Lactobacilos e bifidobactérias compõem 60% da flora intestinal. A composição deste grupo é sempre constante, são os mais numerosos e desempenham as funções principais.

bifidobactérias

A importância deste tipo de bactéria é enorme.

Graças a eles, o acetato e o ácido lático são produzidos. Ao acidificar seu habitat, eles inibem o crescimento que causa decomposição e fermentação.
Graças às bifidobactérias, o risco de desenvolver alergias alimentares em bebês é reduzido.
Eles fornecem efeitos antioxidantes e antitumorais.
As bifidobactérias estão envolvidas na síntese de vitamina C.
Bifido e lactobacilos estão envolvidos na absorção de vitamina D, cálcio e ferro.

Arroz. 1. A foto mostra bifidobactérias. Visualização por computador.

coli

A importância desse tipo de bactéria para o ser humano é grande.

Atenção especial é dada ao representante deste gênero Escherichia coli M17. É capaz de produzir a substância cocilina, que inibe o crescimento de vários micróbios patogênicos.
Com a participação, são sintetizadas vitaminas K, grupo B (B1, B2, B5, B6, B7, B9 e B12), ácidos fólico e nicotínico.

Arroz. 2. A foto mostra E. coli (imagem de computador 3D).

O papel positivo das bactérias na vida humana

Com a participação de bifido-, lacto- e enterobactérias, são sintetizadas vitaminas K, C, grupo B (B1, B2, B5, B6, B7, B9 e B12), ácidos fólico e nicotínico.
Devido à quebra de componentes alimentares não digeridos do intestino superior - amido, celulose, proteínas e frações de gordura.
A microflora intestinal mantém o metabolismo de sais de água e a homeostase iônica.
Devido à secreção de substâncias especiais, a microflora intestinal inibe o crescimento de bactérias patogênicas que causam putrefação e fermentação.
Bifido-, lacto- e enterobactérias participam da desintoxicação de substâncias que entram de fora e são formadas dentro do próprio corpo.
A microflora intestinal desempenha um papel importante na restauração da imunidade local. Graças a ela, o número de linfócitos, a atividade dos fagócitos e a produção de imunoglobulina A aumentam.
Graças à microflora intestinal, o desenvolvimento do aparelho linfóide é estimulado.
A resistência do epitélio intestinal aos carcinógenos aumenta.
A microflora protege a mucosa intestinal e fornece energia ao epitélio intestinal.
Regulam a motilidade intestinal.
A flora intestinal adquire habilidades para capturar e remover vírus do organismo hospedeiro, com o qual está em simbiose há muitos anos.
A importância das bactérias na manutenção do equilíbrio térmico do corpo é grande. A microflora intestinal se alimenta de substâncias que não são digeridas pelo sistema enzimático, provenientes do trato gastrointestinal superior. Como resultado de reações bioquímicas complexas, uma enorme quantidade de energia térmica é produzida. O calor é transportado por todo o corpo com o fluxo sanguíneo e entra em todos os órgãos internos. É por isso que uma pessoa sempre congela quando está morrendo de fome.
A microflora intestinal regula a reabsorção de componentes de ácidos biliares (colesterol), hormônios, etc.

Arroz. 3. Na foto, as bactérias benéficas são lactobacilos (imagem de computador 3D).

O papel das bactérias na produção de nitrogênio

micróbios amonizantes(causando apodrecimento), com a ajuda de uma série de enzimas que possuem, conseguem decompor os restos de animais e plantas mortos. Quando as proteínas se decompõem, nitrogênio e amônia são liberados.

Urobactérias decompõem a ureia, que o homem e todos os animais do planeta secretam diariamente. Sua quantidade é enorme e chega a 50 milhões de toneladas por ano.

Um certo tipo de bactéria está envolvido na oxidação da amônia. Este processo é chamado de nitroficação.

micróbios desnitrificantes devolver o oxigênio molecular do solo para a atmosfera.

Arroz. 4. Na foto, bactérias benéficas são micróbios amonizantes. Eles expõem os restos de animais e plantas mortos à decomposição.

O papel das bactérias na natureza: fixação de nitrogênio

A importância das bactérias na vida dos seres humanos, animais, plantas, fungos e bactérias é enorme. Como você sabe, o nitrogênio é necessário para sua existência normal. Mas as bactérias não podem absorver nitrogênio no estado gasoso. Acontece que as algas verde-azuladas podem ligar nitrogênio e formar amônia ( cianobactéria), fixadores de nitrogênio de vida livre e especial . Todas essas bactérias úteis produzem até 90% do nitrogênio ligado e envolvem até 180 milhões de toneladas de nitrogênio no fundo de nitrogênio do solo.

As bactérias dos nódulos coexistem bem com leguminosas e espinheiro-mar.

Plantas como alfafa, ervilhas, tremoços e outras leguminosas têm os chamados "apartamentos" para bactérias nodulares em suas raízes. Essas plantas são plantadas em solos empobrecidos para enriquecê-los com nitrogênio.

Arroz. 5. A foto mostra nódulos bacterianos na superfície do pelo radicular de uma leguminosa.

Arroz. 6. Foto da raiz de uma leguminosa.

Arroz. 7. Na foto, as bactérias benéficas são as cianobactérias.

O papel das bactérias na natureza: o ciclo do carbono

O carbono é a substância celular mais importante do mundo animal e vegetal, bem como do mundo vegetal. Constitui 50% da matéria seca da célula.

Muito carbono é encontrado na fibra que os animais comem. Em seu estômago, a fibra se decompõe sob a ação de micróbios e depois, na forma de esterco, sai.

fibra decomposta bactéria da celulose. Como resultado de seu trabalho, o solo é enriquecido com húmus, o que aumenta significativamente sua fertilidade, e o dióxido de carbono é devolvido à atmosfera.

Arroz. 8. Os simbiontes intracelulares são de cor verde, a massa de madeira processada é de cor amarela.

O papel das bactérias na conversão de fósforo, ferro e enxofre

Proteínas e lipídios contêm uma grande quantidade de fósforo, cuja mineralização é realizada Você. megátério(do gênero de bactérias putrefativas).

bactérias de ferro participam dos processos de mineralização de compostos orgânicos contendo ferro. Como resultado de suas atividades, uma grande quantidade de minério de ferro e depósitos de ferromanganês são formados em pântanos e lagos.

bactérias sulfurosas vivem na água e no solo. Existem muitos deles no estrume. Eles participam do processo de mineralização de substâncias contendo enxofre de origem orgânica. No processo de decomposição de substâncias orgânicas contendo enxofre, é liberado o gás sulfeto de hidrogênio, que é extremamente tóxico para o meio ambiente, inclusive para todos os seres vivos. As bactérias do enxofre, como resultado de sua atividade vital, transformam esse gás em um composto inativo e inofensivo.

Arroz. 9. Apesar da aparente falta de vida, ainda há vida no rio Rio Tinto. São várias bactérias oxidantes de ferro e muitas outras espécies que só podem ser encontradas neste local.

Arroz. 10. Bactérias sulfurosas verdes na coluna Winogradsky.

O papel das bactérias na natureza: mineralização de resíduos orgânicos

As bactérias que participam ativamente da mineralização dos compostos orgânicos são consideradas as faxineiras (ordenadoras) do planeta Terra. Com a ajuda deles, a matéria orgânica de plantas e animais mortos se transforma em húmus, que os microorganismos do solo transformam em sais minerais, tão necessários para a construção dos sistemas de raízes, caules e folhas das plantas.

Arroz. 11. A mineralização das substâncias orgânicas que entram no reservatório ocorre como resultado da oxidação bioquímica.

O papel das bactérias na natureza: fermentação de pectinas

As células dos organismos vegetais se ligam umas às outras (cimento) com uma substância especial chamada pectina. Alguns tipos de bactérias do ácido butírico têm a capacidade de fermentar essa substância, que, ao ser aquecida, transforma-se em uma massa gelatinosa (pectis). Esse recurso é usado ao embeber plantas que contêm muitas fibras (linho, cânhamo).

Arroz. 12. Existem várias maneiras de obter fundos. O mais comum é o método biológico, no qual a conexão da parte fibrosa com os tecidos circundantes é destruída sob a influência de microorganismos. O processo de fermentação de substâncias de pectina de plantas liberianas é chamado de lóbulo, e a palha embebida é chamada de confiança.

O papel das bactérias na purificação da água

bactérias purificadoras de água, estabilizar o nível de sua acidez. Com a ajuda deles, os sedimentos do fundo são reduzidos, a saúde dos peixes e plantas que vivem na água melhora.

Recentemente, um grupo de cientistas de diferentes países descobriu bactérias que destroem detergentes que fazem parte de detergentes sintéticos e alguns medicamentos.

Arroz. 13. A atividade das xenobactérias é amplamente utilizada para limpar solos e corpos d'água contaminados com derivados de petróleo.

Arroz. 14. Cúpulas de plástico que purificam a água. Eles contêm bactérias heterotróficas que se alimentam de materiais contendo carbono e bactérias autotróficas que se alimentam de amônia e materiais contendo nitrogênio. O sistema de tubos os mantém vivos.

O uso de bactérias no enriquecimento de minérios

Habilidade bactérias oxidantes de enxofre tiônico usado para enriquecer minérios de cobre e urânio.

Arroz. 15. Na foto, as bactérias benéficas são Thiobacillus e Acidithiobacillus ferrooxidans (micrografia eletrônica). Eles são capazes de extrair íons de cobre para lixiviação de resíduos que são formados durante o enriquecimento por flotação de minérios sulfetados.

O papel das bactérias na fermentação butírica

micróbios butíricos estão em todo lugar. Existem mais de 25 tipos desses micróbios. Eles participam do processo de decomposição de proteínas, gorduras e carboidratos.

A fermentação butírica é causada por bactérias anaeróbias formadoras de esporos pertencentes ao gênero Clostridium. Eles são capazes de fermentar vários açúcares, álcoois, ácidos orgânicos, amido, fibras.

Arroz. 16. Na foto, microrganismos butíricos (visualização em computador).

O papel das bactérias na vida animal

Muitas espécies do mundo animal se alimentam de plantas, que são baseadas em fibras. Para digerir a fibra (celulose), os animais são ajudados por micróbios especiais, cuja residência são certas seções do trato gastrointestinal.

Importância das bactérias na pecuária

A atividade vital dos animais é acompanhada pela liberação de uma grande quantidade de esterco. A partir dele, alguns microrganismos podem produzir metano (“gás do pântano”), que é utilizado como combustível e matéria-prima na síntese orgânica.

Arroz. 17. Gás metano como combustível para automóveis.

O uso de bactérias na indústria de alimentos

O papel das bactérias na vida humana é enorme. As bactérias do ácido láctico são amplamente utilizadas na indústria alimentar:

na produção de leite coalhado, queijos, creme azedo e kefir;
ao fermentar repolho e conservar pepinos, eles participam de urinar maçãs e conservar vegetais;
conferem um sabor especial aos vinhos;
produzem ácido láctico, que fermenta o leite. Esta propriedade é utilizada para a produção de leite coalhado e creme de leite;
na elaboração de queijos e iogurtes em escala industrial;
o ácido lático serve como conservante durante o processo de salga.

As bactérias do ácido láctico são estreptococos do leite, estreptococos cremosos, búlgaros, acidófilos, termofílicos de grãos e palitos de pepino. Bactérias dos gêneros Streptococcus e Lactobacillus conferem aos produtos uma textura mais espessa. Como resultado de sua atividade vital, a qualidade dos queijos melhora. Eles dão ao queijo um certo sabor de queijo.

Arroz. 18. Na foto, as bactérias benéficas são os lactobacilos (rosa), o bastão búlgaro e o estreptococo termofílico.

Arroz. 19. Na foto, bactérias benéficas são cogumelos kefir (tibetano ou leite) e bastões de ácido lático antes de serem introduzidos diretamente no leite.

Arroz. 20. Laticínios.

Arroz. 21. Os estreptococos termofílicos (Streptococcus thermophilus) são utilizados na preparação do queijo mussarela.

Arroz. 22. Existem muitas opções para penicilina mofo. Crosta aveludada, veias esverdeadas, sabor único e aroma medicinal de amônia dos queijos são únicos. O sabor dos cogumelos dos queijos depende do local e da duração do amadurecimento.

Arroz. 23. Bifiliz - uma preparação biológica para administração oral, contendo uma massa de bifidobactérias vivas e lisozima.

O uso de leveduras e fungos na indústria de alimentos

A indústria alimentícia utiliza principalmente a espécie de levedura Saccharomyces cerevisiae. Realizam a fermentação alcoólica, razão pela qual são amplamente utilizadas na panificação. O álcool evapora durante o cozimento e as bolhas de dióxido de carbono formam a migalha de pão.

Desde 1910, o fermento é adicionado às salsichas. A levedura da espécie Saccharomyces cerevisiae é utilizada para a produção de vinhos, cerveja e kvass.

Arroz. 24. Kombucha é uma simbiose amigável de bastões de vinagre e fermento. Apareceu em nossa área no século passado.

Arroz. 25. Leveduras secas e úmidas são amplamente utilizadas na indústria de panificação.

Arroz. 26. Visão microscópica de células de levedura Saccharomyces cerevisiae e Saccharomyces cerevisiae - levedura de vinho "real".

O papel das bactérias na vida humana: oxidação do ácido acético

Pasteur também provou que microrganismos especiais participam da oxidação do ácido acético - bastões de vinagre que são amplamente encontrados na natureza. Eles se instalam nas plantas, penetram nos vegetais e frutas amadurecidos. Existem muitos deles em vegetais e frutas em conserva, vinho, cerveja e kvass.

A capacidade dos bastões de vinagre de oxidar o álcool etílico a ácido acético é hoje utilizada para produzir vinagre utilizado para fins alimentícios e na preparação de ração animal - ensilagem (enlatamento).

Arroz. 27. Processo de ensilagem de forragem. A silagem é um alimento suculento com alto valor nutritivo.

O papel das bactérias na vida humana: a produção de drogas

O estudo da atividade vital dos micróbios permitiu aos cientistas usar algumas bactérias para a síntese de drogas antibacterianas, vitaminas, hormônios e enzimas.

Eles ajudam a combater muitas doenças infecciosas e virais. A maioria dos antibióticos é produzida actinomicetos, menos frequentemente bactérias não micelares. A penicilina, derivada de fungos, destrói a parede celular das bactérias. estreptomicetos produzem estreptomicina, que inativa os ribossomos das células microbianas. palitos de feno ou Bacillus subtilis acidificar o ambiente. Eles inibem o crescimento de microrganismos putrefativos e condicionalmente patogênicos devido à formação de várias substâncias antimicrobianas. O palito de feno produz enzimas que destroem substâncias formadas como resultado da decomposição putrefativa dos tecidos. Eles estão envolvidos na síntese de aminoácidos, vitaminas e compostos imunoativos.

Usando a tecnologia da engenharia genética, hoje os cientistas aprenderam a usar para a produção de insulina e interferon.

Supõe-se que várias bactérias sejam usadas para produzir uma proteína especial que pode ser adicionada à ração animal e à alimentação humana.

Arroz. 28. Na foto, esporos do bacilo do feno ou Bacillus subtilis (pintado de azul).

Arroz. 29. Biosporin-Biopharma é um medicamento doméstico que contém bactérias apatogênicas do gênero Bacillus.

Usando bactérias para produzir herbicidas seguros

Hoje, a técnica é amplamente utilizada fitobactérias para a produção de herbicidas seguros. toxinas Bacillus thuringiensis emitem Cry-toxinas perigosas para os insetos, o que possibilita o uso dessa característica dos microorganismos no combate às pragas das plantas.

O uso de bactérias na produção de detergentes

Proteases ou clivar ligações peptídicas entre os aminoácidos que compõem as proteínas. A amilase decompõe o amido. palito de feno (B. subtilis) produz proteases e amilases. As amilases bacterianas são usadas na fabricação de sabão em pó.

Arroz. 30. O estudo da atividade vital dos micróbios permite aos cientistas aplicar algumas de suas propriedades em benefício do homem.

A importância das bactérias na vida humana é enorme. Bactérias benéficas têm sido companheiras constantes do homem por muitos milênios. A tarefa da humanidade é não perturbar esse delicado equilíbrio que se desenvolveu entre os microorganismos que vivem dentro de nós e no meio ambiente. O papel das bactérias na vida humana é enorme. Os cientistas estão constantemente descobrindo as propriedades benéficas dos microorganismos, cujo uso na vida cotidiana e na produção é limitado apenas por suas propriedades.

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