Реферат
Молочнокислые стрептококки
1. Общие понятия о молочнокислых бактериях
Молочнокислые бактерии, микробы, вызывающие в молоке (молочных продуктах) молочнокислое брожение, выражающееся в сбраживании молочного сахара в молочную кислоту; вследствие образования кислоты происходит свертывание молока. К Молочнокислым бактериям относятся палочки и кокки. Первые принадлежат к ацидофильным бацилам и обладают их свойствами; по классификации Лемана и Неймана палочки вместе с другими ацидофильными бацилами образуют группу «Plocamobacteria», а по Гейму и Шлирфу (Heim, Schlirf) - группу ацидобактерий. По американской классификации (Bergey) все Молочнокислые бацилы образуют особый вид-Lactobacil-laceae. Важнейшими представителями группы являются Вас. bul-garicus, Вас. caucasicus и другие. Мечниковым Вас. bulgaricus предложен для замещения «дикой» флоры кишечника у человека; Bact. mazun, 2,7-21 м в длину и 1 - 1,1 м в ширину, неподвижная, Грам-положительная палочка; не растет на обыкновенных питательных средах; на агаре с молочной сывороткой образует колонии с неровным краем и волосовидными отпрысками в окружающую среду. Содержится в мацуне, молочном продукте, изготовляемом в Армении. Повидимому идентична с LactobaC. caucasicus.-L actobac. lactis acidi Leichmann. Кроме перчисленных к молочнокислым бактериям относятся Lactobacillus Boas-Op р 1 е г i, встречающийся в желудочном содержимом, главным образом при раке желудка; Lactobacillus helvetieus (син. Вас. caseiFreudenreich"a), выделенный из кислого молока и сыров; Lactobacillus bu-sae asiaticus (Bact. busae asiaticae Tschekan), выделенный из бузы, и друг. - Микробом, всего чаще вызывающим скисание молока на холоду, является Streptococcus acidi lactici (Grotenfeldt) или по американской классификации-Streptococcus lacticus (Lister) Lonis. Для получения наилучшего роста всех видов молочнокислых микробов Омелянский рекомендует агар Коанди (Kohendy): 1 л молока кипятят 5 минут, добавляют 1,5 см3 соляной кислоты и фильтруют через холст. Полученную сыворотку слегка подщелачивают и на 1 л прибавляют 300 смг воды, 3 г желатины, 15 г. пептона и 20 гагара. Смесь прогревают в автоклаве, фильтруют и стерилизуют. Молочнокислые бактерии имеют большое значение в молочном хозяйстве, так как они участвуют в образовании различных молочнокислых продуктов (простокваша, лактобацилии, сметана, творог, сыры, кефир, кумыс, и др.).
В природе молочнокислые бактерии встречаются на поверхности растений (например, на листьях, фруктах, овощах, зёрнах), в молоке, наружных и внутренних эпителиальных покровах человека, животных, птиц, рыб (например, в кишечнике, влагалище, на коже, во рту, носу и глазах). Таким образом, помимо своей роли в производстве пищи и кормов, молочнокислые бактерии играют важную роль в живой природе, сельском хозяйстве и нормальной жизнедеятельности человека. Влияние ускоренной индустриализации производства молочнокислых бактерий, основанной на небольшом числе адаптированных для заводов штаммов, но природное разнообразие этих бактерий и здоровье человека пока остаётся не изученным.
Наши знания в микробиологии, генетике и биологии плазмид молочнокислых бактерий быстро идет вперед. Исследования распутывают молекулярные механизмы передачи генов, контроля и экспрессии.
Lactococcus lactis и Lactococcus cremoris прежде всего молочнокислые бактерии рода Streptococcus . Эти организмы развиваются естественно в молоке и были среди первых родов молочнокислых бактерий, изученными микробиологами. Они способны обладать N антигенной структурой в клеточной стенке.
Их роль в молочнокислом брожении и полезность как культуры стартера возобновила интерес в микробиологии и генетике, особенно с новейшей разработкой переноса гена и систем клонирования. Эти открытия дают возможность направлять генетические усовершенствования существующих культур стартера, используемых в молочной промышленности. Этот подход комплектует классические программы усовершенствования культур для того, чтобы увеличить невосприимчивость к бактериофагу, установить надежность и активность культуры при устранении нежелательных свойств. Использование микроорганизмов продовольственных сортов как основных бактерий для создания генетически проектируемых белков обеспечивает дополнительный стимул для более детального генетического анализа.
2. Классификация
Бактерии молочнокислые, группа микроорганизмов, сбраживающих углеводы с образованием главным образом молочной кислоты.
Классификация молочнокислых бактерий разработана недостаточно. Признаки бактерий могут значительно варьировать, что создает трудности при их классификации. В зависимости от характера образующихся продуктов при сбраживании гексоз бактерии молочнокислые делятся на гомоферментативные и гетероферментативные. Гомоферментативные бактерии при брожении сахаров образуют в основном молочную кислоту и незначительные количества фумаровой и янтарной, летучих кислот, этилового спирта и диоксида углерода; гетероферментативные - наряду с молочной кислотой образуют значительно большие количества уксусной кислоты, этилового спирта, углекислого газа и др. продуктов, используя на это 50% сахаров. Наиболее часто при классификации принимают во внимание форму клеток при условии, что культуры изучаются в определенном возрасте и среде. В основе деления на виды лежат также признаки сбраживания углеводов, потребности в источниках питания, учитывается оптическое вращение молочной кислоты. Первую научную классификацию молочнокислых бактерий разработал голландский ученый Орла-Иенсен в 1919. Бактерии молочнокислые объединены в семейство Lactobacillaceae, которое делится на подсемейство Lactobacilleae (род Lactobacillus) и Streptococceae (роды Streptococcus, Pediococcus, Leuconostoc). В виноделии широко распространены бактерии молочнокислые, относящиеся к 3 родам: Lactobacillus, Pediococcus, Leuconostoc.
Молочнокислые бактерии, попадая в желудок и кишечник, становятся составной частью микрофлоры слизистой. Особенно это касается бифидобактерий. Одни бактерии производят ферменты, которые расщепляют белки на простые соединения, способствуя лучшему усвоению пищи. Другие вырабатывают антибиотики, что придает кисломолочному продукту лечебно-профилактические свойства.
Бактериальные культуры бывают термофильные (теплолюбивые) и мезофильные (холодолюбивые). Термофильные бактерии более активны, чем мезофильные. Названия молочнокислых продуктов, содержащих живые бактерии, обычно имеют приставки «био-», «ацидо-», «бифидо-», «лакто-». Разные бактерии оказывают различное влияние на организм. Недавние таксономические исследования пересмотрели разновидности в пределах рода Streptococcus
и ввели изменения, затрагивающие мезофильные молочные культуры стартера. Из-за общих черт между S. lactis
и S.cremoris
, 9-ый выпуск Руководства Берги Систематической Бактериологии (том 2) сгруппировал S. lactis
, S. diacetylactis
, и S. cremoris
в одну разновидность (род): S. lactis
. Гарви и Ферроу предложили обозначить подразновидности S. lactis, S. diacetylactis, и S. lactis cremoris.
Однако, в 1985 Шлейфер и др. предложили, чтобы молочные стрептококки были классифицированы в пределах нового рода, Lactococcus , основанного на исследованиях гибридизации нуклеиновой кислоты, в иммунологическом отношении супероксиддисмутазы, липотейхоевых кислотных структур, образцов липида, жирной кислоты и менохинонного состава. Род Lactococcus был одобрен Международным Союзом Микробиологических Обществ в 1986. Теперь по новой номенклатуре S. Lactis , S. Diacetylactis, S. cremoris обозначается как Lactococcus lactis , Lactococcus lactis diacetylactis и Lactococcus lactis cremoris.
Сендин предложил, чтобы один из родов Lactococcus lactis , который использует цитрат для того чтобы получить диацетил, был назван Lactococcus lactis diacetylous . Так как молочнокислые лактобактерии так широко используемы в молочной промышленности, предложенная терминология является весьма выгодной.
. Морфология
По форме клеток бактерии молочнокислые делятся на кокковые и палочковидные. Диаметр кокковых форм от 0,5-0,6 до 1 мкм; они располагаются единично, парами или в виде цепочек различной длины. Палочковидные бактерии разнообразны по форме - от коротких коккообразных до длинных нитевидных различной длины (от 0,7-1,1 до 3,0 - 8,0 мкм), расположенных единично или цепочками (см. рис). На форму клеток значительно влияет состав среды и условия культивирования. Образование удлиненных палочковидных клеток наблюдается при развитии в средах, содержащих этиловый спирт, с высокой активной кислотностью, в средах с недостатком витамина В12 под действием ионизирующих излучений. Бактерии молочнокислые, встречающиеся в виноделии, в основном неподвижны, не образуют спор, пигмента, положительно окрашиваются по Граму, не восстанавливают нитраты в нитриты, характеризуются неактивной каталазой. Клеточные стенки представлют собой гомогенный электронно-плотный слой толщиной 15-60 мкм. Цитоплазматическая мембрана может быть двух- или трехслойной толщиной 75-85 А. В цитоплазме клеток бактерий молочнокислых обнаружены рибосомы диаметром около 150 А, область ядерного материала(нуклеоид), который состоит из тонких плотных нитей шириной 20-25 А, отождествляемых с дезоксирибонуклеиновой кислотой.
4. Особенности генома молочнокислых бактерий, их историческая перспектива
Наблюдения бактериологов, начатые с 1930-ых годов, были основой текущих событий в микробиологии и генетике молочнокислых бактерий.
При изолировании некоторых штаммов L. Lactis были отмечены неустойчивость и необратимая потеря свойства расщеплять лактозу (Lac), а также свойства протеиназной (Про) активности.
Позже, в 1950-ых годах, Kнетмен и Сворфлинг описали неустойчивость к использованию цитрата. Механизмы необратимой потери этих важных молочнокислых свойств были, в то время, неизвестны и ждали будущего разъяснения.
Об Исследовании, в котором описывались первые системы переноса гена, сообщали ещё в 1962. Мойлер-Мэдсен и Дженсон преобразовали (трансформировали) L. lactis к способности использовать цитрат и производить аромат солода, тогда как Сендин и др. использовали вирулентные бактериофаги, чтобы получить устойчивость стрептомицина к L. lactis C2 а также независимость триптофана от L. lactis 18-16. Это нужно было для того, чтобы генетический обмен играл существенную роль в изменении культуры стартера, однако необратимую потерю метаболических свойств не могли объяснить ещё 10 лет.
Ведущие генетические исследования были начаты вначале 1970-ых Маккеем и сотрудниками Университета Миннесоты. После наблюдений Mаккея и др., что лактобактерии были легко утеряны после того, как их клетки были обработаны акрифлавином, широко используемым мутагеном и плазмид-лечащим веществом, в 1972 выдвинули гипотезу, что неустойчивые соединения были закодированы плазмидами ДНК.В 1974 году было зарегистрировано присутствие плазмид в лактобактериях, что и дало начало новой эре исследования этих организмов.
Последующие исследования ясно установили распространенность и важность плазмид лактобактерий в молочнокислом брожении. Теперь известно, что плазмиды кодируют множество свойств, включая расщепление углеводов (лактозу, галактозу, глюкозу, сахарозу, маннозу и ксилозу); протеиназной активности; использование цитрата; системы ограничения и модификации, адсорбции фага, сопротивление к фаговой инфекции и другие защитные механизмы против бактериофагов; резистентность к ультрафиолетовому излучению; действие антигенов клеточных стенок; продукция низина и его устойчивость; продукция бактериоцина и устойчивость; продукция диплококков и иммунитет против них; а также вязкость.
Усовершенствованные методы анализа плазмид продвинули также исследование плазмид лактобактерий. Ранее при исследовании плазмид использовали электронную микроскопию, отнимающую много времени и утомительной техникой, чтобы охарактеризовать массу и число плазмид в специфическом состоянии. В 1978 Клейнхеймер и др. разработали быстрый способ для вырезания плазмид молочнокислых бактерий и использовали электрофорез в агаризованном геле для визуализации плазмид, таким образом, способствуя тем самым их быстрому и удобному анализу. В последние годы появилось немало других процедур выделения плазмид (особенно крупных), распространенных в лактобактериях, которые сделали анализ гораздо проще.
В конце 1970-ых и вначале 1980-ых были разработаны и уже эксплуатировались системы переноса генов, в то время как микробиологические, физиологические и технологические исследования этих организмов ещё продолжались.
Трансдукция играла важную роль в ранних генетических исследованиях и может иметь большое значение в изучении хромосомных генов. Трансдукция плазмид-кодированных лактобактерий с помощью умеренных бактериофагов от L. lactis была первоначально описана Маккеем и др. в 1973. Во время трансдукции плазмид-кодированных лактобактерий или протеиназного действия, происходят сокращения Lac/Prt плазмиды, наблюдаемые в плазмидах. Причины, приводящие к трансдуцирующему сокращению у Lac/Prt плазмид L. lactis , были определены Гэссоном. Обширные ограничения и анализ исключения показали, что трансдуцирующее сокращение Lac/Prt плазмид были вызваны определенными случаями удаления.
В 1979 Гессон и Девис, а также Kемплетон и Mаккей сообщили о процессе конъюгации лактобактерий. Вскоре высокочастотные конъюгационные системы передачи у L. Lactis 712 и L. lactis ML3, связанные с уникальным комплексированием клетки, наблюдались Крейсоном, Уолтом и Mаккеем. Во время коньюгационной передачи плазмид лактобактерий, наблюдались слияние репликонов и образование субъединиц. В 1984 Андерсен и Mаккей установили, что субъединицы были сформированы от слияния двух плазмид, и что они чаще подвергаются к более высокой частоте слияния во вторичной конъюгации. Предполагали, что есть посредник при слиянии.Кроме того, обратимая область была ответственна за экспрессию (выражение) генов, управляющих скоплением клеток.
В 1987, Ползин и Симидзу-Kадота выделили и охарактеризовали вставки последовательностей, участвующих в конъюгативном формировании ML3. Плазмида лактотобактерии в ML3 содержала две копии вставок последовательности, 1SS1S, которые были подобны последовательностям 1S26 грамотрицательных бактерий. У L. lactis 712, хромосомально определили расположение полового фактора, которые вместо плазмид были ответственны за высокочастотный коньюгационный перенос у лактобактерий.
В 1980 Гейссон разрабатывал методы для формирования и восстановления протопластов, а также использования протопластов для того, чтобы успешно перекомбинировать и передавать гены путем слияния протопластов. После этого в 1982 Гeйс, Koндo и Маккей успешно использовали протопласты для полиэтилен-индуцированной трансфекции и соответственно трансдукции. В 1986 году была проведена электропорация всех клеток, а также в 1887 году Сандерсом и Никлсоном описано полиэтилен гликоль-инддуцированная трансформация всех клеток. Трансформация и развитие эффективных методов электропорации были пересмотрены позже.
Разработка эффективных систем передачи генов, особенно коньюгации и трансформации, распространения плазмид среди лактобактерий обеспечило генетическое свидетельство о редактировании различных фенотипических свойств к дискретным плазмидам. Передача желательных генов хозяевам, испытывающим недостаток в них, также проявляет к себе коммерческим интерес.
Трансформация также сыграла ключевую роль в развитии методологии клонирования генов и молекулярных исследований экспрессии генов. Применялись две стратегии клонирования: клонирование непосредственно в лактобактериях и с помощью векторов шатла для клонирования гетерогенных хозяев таких как, Sanguis Streptococcus , Bacillus subtilis и Escherichia сoli .
Молекулярные исследования проводили с помощью генетических инструментов, которые теперь стали доступными. Де Вос, ван дер Воссен и др. установили, что организация последовательности рибосомных участков, промотор, а также терминационные последовательности некоторых генов лактобактерий подобны другим грамположительным бактериям. Кроме того, Кок и др. установили, что сигнал последовательности протеиназ L. cremoris Wg2 были подобны протеазам серина семейства subtilisin .
и 1980 гг. были связаны с развитием и назреванием этапов генетики лактобактерий. Применение генетических инструментальных средств разъяснило много интересных аспектов об этих организмах.
5. Размножение
Бактерии молочнокислые размножаются путем деления клеток, иногда перешнуровывания. Описан процесс размножения некоторых бактерий молочнокислых с помощью гонидий, при котором на концах палочек образуются зернышки (гонидии), увеличивающиеся в размерах, вытягивающиеся и превращающиеся в палочки, а также образование у бактерий молочнокислых фильтрующихся форм. Японскими исследователями доказано наличие у бактерий молочнокислых процесса спорообразования.
. Рост и развитие
На рост и развитие бактерий молочнокислых влияют различные факторы.
Углеродное питание . Наиболее важными источниками энергии для бактерий молочнокислых являются моно и дисахариды (глюкоза, лактоза, сахароза, мальтоза), а также органических кислоты (лимонная, яблочная, пировиноградная, фумаровая, уксусная и муравьиная) в концентрации 30 - 50 мкг/мл. Из жирных кислот рост бактерий молочнокислых стимулируют олеиновая, линолевая, а также линоленовая. При отсутствии сбраживаемых углеродсодержащих субстратов бактерий молочнокислых могут использовать аминокислоты в качестве источника энергии. Некоторые штаммы сбраживают полисахариды.
Азотное питание . Значительное число бактерий молочнокислых не способно синтезировать органических формы азота и поэтому нуждаются для своего роста в присутствии их в среде; только некоторые из бактерий молочнокислых используют минеральные соединения азота для синтеза ряда органических соединений. Для удовлетворительного роста бактерий молочнокислых необходим ряд аминокислот: аргинин, цистеин, глутаминовая кислота, лейцин, фенилаланин, триптофан, тирозин, валин.
Витамины . Все виды палочковидных бактерий нуждаются в пантотеновой кислоте, биотине, никотиновой кислоте, а гетероферментативные - еще и в тиамине. Потребности в пуриновых основаниях и тиамине связаны с потребностями в аминобензойной или фолиевой кислотах.
Неорганические соединения . Для роста и развития бактерии молочнокислые нуждаются в соединениях меди, железа, натрия, калия, фосфора, йода, серы, магния и особенно марганца.
Спирты . Бактерии молочнокислые устойчивы к действию повышенных концентраций спирта. Приспособленность к развитию при высоких концентрациях спирта является характерным свойством, широко присущим как гетероферментативным, так и гомоферментативным бактериям. Штаммы бактерий молочнокислых, обладающие высокой энергией кислотообразования, характеризуются и максимальной устойчивостью к спирту. Наиболее быстро в средах с высоким содержанием спирта размножаются молодые культуры. С возрастом скорость размножения их в этих средах закономерно снижается. Чем больше спирта содержит среда, тем медленнее протекает размножение. Угнетающее действие высоких концентраций спирта на бактерии молочнокислые более остро сказывается при высоких температурax. На неполноценных питательных средах, на которых развитие бактерий молочнокислых происходит заторможено, устойчивость к спирту значительно снижается. Длительное культивирование бактерий с дрожжами повышает их устойчивость к спирту. Продолжительность жизни бактерий молочнокислых без пересевов в спиртосодержащих средах (напр., в винах) в 2-4 раза больше, чем в тех же средах без спирта. Это объясняется тем, что в спиртосодержащих средах бактерии медленнее размножаются и накапливают продукты брожения. В осветленных винах в лабораторных условиях при комнатной температуре бактерии молочнокислые выживали более 7 месяцев. В основном спирт подавляет функцию размножения клеток; функция роста подавляется слабее. Спирт у многих видов, особенно при развитии на средах, слабо обеспечивающих их питание, вызывает увеличение размеров клеток в длину; иногда при этом они принимают вид длинных изогнутых нитей.
Форма клеток молочнокислых бактерий: а - кокки - Leuconostoc oenos (х 6000); б - Pediococcus cerevisiae (х 5000); в-палочки - Lactobacillus casei (x 8500); г - Lactobacillus brevis (x 5500)
Величина рН . Бактерии молочнокислые характеризуются порогом рН использования яблочной кислоты и сахаров. Оптимальный предел рН роста для бактерий, выделенных из вин - 4,3-4,8, нижний предел значения рН использования сахаров и яблочной кислоты - 2,9-3,0. В исключительных случаях рН составляет 2,85 и 2,78. Оптимальное значение рН яблочно-молочного брожения 4,2-4,5. При рН выше 4,5 яблочно-молочное брожение замедляется.
Температура . Большинство молочнокислых бактерий растет в относительно узкой зоне температур, которая оказывает влияние на скорость роста, превращений, а также на их потребность в питании. бактерии молочнокислые, выделенные из вин, относятся к мезофильным; они не размножаются при 45°С, и оптимальная температура их роста близка к 25°С-30°С. Температурa ниже 15°С резко тормозит скорость яблочно-молочного брожения. Незначительные дозы растворенного в вине кислорода стимулируют развитие молочнокислых бактерий. Они относятся к группе микроаэрофильных микроорганизмов.
Сернистый ангидрид является ингибитором молочнокислых бактерий. Его токсичность зависит от титруемой кислотности среды. Она значительно усиливается при пониженном значении рН. Связанные формы SO2 ингибируют бактерии молочнокислые, однако этот эффект значительно выше, когда SO2 в свободном состоянии. Больше влияет на размножение бактерий, чем на яблочно-молочное брожение. При концентрации связанного SO2 90 - 120 мг/дм3 яблочно-молочное брожение в винах с рН 3,2-3,3 практически невозможно.
. Молочнокислые стрептококки
К молочнокислым стрептококкам относят мезофильные стрептококки Streptococcus lactis, Str. cremoris и ароматобразующие Str. diacetilactis, Str. acetoinicus, Str. paracitrovorus (Leuconostoc citrovorum), Str. citrovorus (Leuconostoc citrovorum); термофильные Str. thermophilus; энтерококки (молочнокислые стрептококки кишечного происхождения) Str. liquefaciens, Str. faecalis, Str. zymogenes, Str. faecium, Str. durans, Str. bovis.
Это грамположительные кокки (рис. 27), образующие короткие или длинные цепочки. Неподвижны, спор и капсул не образуют. Они относятся к факультативно-анаэробным микроорганизмам (микроаэрофилам). Большинство из них не обладают протеолитической активностью, не образуют каталазу. Вызывают расщепление углеводов гомо- или гетероферментативным путем (такое деление связано с количеством получаемых при молочнокислом брожении побочных продуктов - летучих кислот, эфиров, спирта, диацетила и пр.).
Мезофильные стрептококки . Мезофильные молочнокислые стрептококки кефирного грибка - не однородная группа. Она состоит из активных кислотообразователей (Streptococcus lactis, Streptococcus. cremoris) и ароматообразующпх стрептококков (Leuconostoc citrovorum и Leuconostoc dextranicum).
В настоящее время Streptococcus lactis и Streptococcus cremoris рассматриваются как постоянная и наиболее активная часть микрофлоры кефирного грибка, обеспечивающая быстрое нарастание кислотности закваски в первые часы сквашивания.
Ароматообразующие стрептококки участвуют в формировании специфического вкуса и аромата кефира, а при излишнем развитии могут вызывать газообразование.. lactis (молочнокислый стрептококк). Клетки Str. lactis имеют круглую форму, располагаются в виде овальных, попарно соединенных клеток (диплококков) или коротких цепочек. При росте на поверхности твердых питательных сред образует мелкие, росинчатые колонии; глубинные колонии лодочкообразные или в форме чечевицы. Хорошо растут в присутствии глюкозы или лактозы. На гидролизованном агаре с мелом вокруг колоний образуют зоны просветления (в результате выделения молочной кислоты происходит растворение мела). Благоприятной средой для развития стрептококков является гидролизованное молоко. По росту на кровяном агаре относится к гамма-типу. Оптимальная температура роста 30°С. При этой температуре они свертывают молоко за 10-12 ч. Сгусток ровный, плотный, колющейся консистенции, имеет чистый кисломолочный вкус и аромат. Некоторые расы (разновидности) образуют сгусток тягучей консистенции и поэтому непригодны для выработки большинства кисломолочных продуктов. Str. lactis никогда не сбраживают рамнозу, сахарозу, раффинозу. Часто разлагают казеин. Предельная кислотность, создаваемая в молоке при культивдровании Str. lactis, колеблется в пределах НО - 120° Т (иногда 130° Т), однако встречаются и малоактивные штаммы, предельная кислотность которых достигает в молоке 90-100°Т. Некоторые разновидности Str. lactis продуцируют весьма активный антибиотик низин. Отдельные штаммы молочнокислых стрептококков могут вызывать пороки молочных продуктов: тягучесть, горечь (вследствие пептонизации молока) и др.. cremoris (сливочный стрептококк). Он отличается от Str. lactis тем, что его клетки чаще располагаются в виде цепочек. Форма и величина колоний аналогична форме и величине колоний Str. lactis. Оптимальная температура развития Str. cremoris 20-25°С, максимальная 35-38°С. Через 12 ч в молоке образует прочный сгусток сметанообразной консистенции. Предельная кислотность, образуемая Str. cremoris в молоке, ПО-115°Т. Ферментативные свойства также идентичны. Str. cremoris отличается от Str. lactis по способности сбраживать мальтозу, декстрин, сахарозу. Str. cremoris не растет при 40°С в среде с 4% NaCl при рН 9,2. Str. cremoris не разлагает казеина, иногда и салицина.
молочнокислый брожение бактерия гомоферментативный
Термофильные стрептококки
Эта группа микроорганизмов длительное время игнорировалась исследователями микрофлоры кефирных грибков. Считалось, что, поскольку продукт вырабатывают при сравнительно низких температурах, термофильных микроорганизмов в нем не должно быть. Количество этих микроорганизмов резко возрастает при повышении температуры культивирования. Роль термофильных молочнокислых палочек в кефирной закваске и кефире, по-видимому, достаточно существенна. Эта группа проявляет себя во всех случаях нарушения режимов культивирования грибков - повышения температуры, увеличения выдержки и т.д. Интенсивное развитие ее в закваске приводит к излишнему повышению кислотности и к подавлению мезофильных молочнокислых стрептококков.
К ним относятся Streptococcus thermophilus. Термофильные стрептококки по сравнению с мезофильными лучше развиваются при повышенной температуре. Термофильные стрептококки в отличие от мезофильных сбраживают сахарозу. Поэтому для их выделения из посевного материала к безуглеводной питательной среде добавляют сахарозу. Форма и расположение клеток в мазках идентична морфологии и расположению клеток Str. cremoris. Клетки несколько крупнее, располагаются в виде цепочек разной длины. Но Str. thermophilus имеет и свои особенности (оптимальная температура развития 40-45°С, максимальная 45-50°С). При росте на твердых питательных средах Str. thermophilus образует округлой формы с зернистой структурой поверхностные и глубинные лодочкообраз-ные, иногда с выростом колонии. При оптимальной температуре развития термофильный стрептококк свертывает молоко за 3,5-6 ч, образуя ровный, прочный сгусток сметанообразной консистенции; предельная кислотность 110-120°Т. Некоторые штаммы стрептококка выделяют диацетил. Термофильный стрептококк не сбраживает мальтозы, декстрина и салицина; не разлагает казеина.
Энтерококки - молочнокислые стрептококки кишечного происхождения. К ним относятся Str. liquefaciens (Mammococcus), Str. faecalis, Str. zymogenes, Str. faecium», Str. durans, Str. bovis. Они обитают в кишечнике человека и животных, в навозе, сточных водах. В больших количествах находятся в сыром и в малых в пастеризованном молоке, сыре.
Многие энтерококки образуют короткие цепочки или располагаются попарно. Клетки имеют округлую или яйцевидную форму. Они могут развиваться как при 10, так и при 45°С. Устойчивы к поваренной соли (6,5%), метиленовой сини и желчи (40%), к щелочной реакции среды (рН 9,6), к пенициллину в концентрации 0,3 ед. в 1 мл, к высокой температуре. Выдерживают нагревание при 65°С в течение 30 мин. Ферментируют большинство углеводов.. liquefaciens (Mammococcus). Имеет некоторое сходство со Str. lactis. Оптимальная температура роста 37°С. Маммококк образует не только молочную кислоту (110 - 115°Т), но и выделяет фермент типа сычужного, вследствие этого свертывание молока наступает при низкой кислотности 35-40°Т. Сгусток вначале прочный, ровный, затем под действием сычужного фермента стягивается (выделяется значительное количество сыворотки). Сбраживает сорбит и глицерин. Разлагает казеин и разжижает желатин. Молочные продукты при попадании маммококков приобретают горький вкус в результате накопления большого количества пептонов.. faecalis. Располагается в виде диплококков коротких цепочек. Способен ферментировать маннит, сорбит, редко арабинозу; восстанавливает лакмусовое молоко. На агаре с кровью вызывает гемолиз. Гидролизует белки (особенно в сырах, придавая им специфический запах).. zymogenes. По морфологии и культуральным свойствам сходен с Str. liquefaciens. Он частично разлагает казеин. В отличие от других энтерококков вызывает р-гемолиз эритроцитов, поэтому на кровяном агаре вокруг колоний образуются прозрачные зоны. Гемолиз эритроцитов считают признаком патогенности микроорганизма.. faecium. Его свойства аналогичны свойствам Str. faecalis, сбраживает арабинозу, сахарозу, редко сорбит; частично восстанавливает лакмусовое молоко. Не разлагает казеина.. durans (вариант Str. faecium). Сбраживает лактозу, глюкозу, мальтозу. Редко сбраживает сахарозу, салицин, маннит. Не сбраживает инулина, сорбита, раффинозы.. bovis. По своим свойствам, сходен с термофильным стрептококком. Некоторые штаммы этого стрептококка подвижны. Отличаются от других стрептококков большой чувствительностью к поваренной соли, желчи, щелочной среде и метиленовой сини. Не способен расти при 10°С. Лакмусовое молоко не свертывает, вызывает лишь частично его восстановление. Не сбраживает арабинозу, но часто ферментирует ксилозу.
Гомоферментативное молочнокислое брожение
Гомоферментативное молочнокислое брожение, в основе которого лежит гликолитический путь разложения глюкозы, является единственным способом получения энергии для группы эубактерий, которые при сбраживании углеводов превращают в молочную кислоту от 85 до 90% сахара среды. Бактерии, входящие в данную группу, морфологически различны. Это кокки, относящиеся к родам Streptococcus и Pediococcus, а также длинные или короткие палочки из рода Lactobacillus. Последний подразделяется на три подрода. Бактерии, включенные в два из них (Thermobacterium, Streptobacterium), также осуществляют гомоферментативное молочнокислое брожение. Все бактерии этой группы положительно окрашиваются по Граму, не образуют спор, неподвижны. Группа весьма гетерогенна в отношении нуклеотидного состава ДНК: молярное содержание ГЦ-пар оснований колеблется от 32 до 51%. Значительные колебания по этому признаку характерны и для бактерий, объединенных в роды и даже подроды.
Лактатдегидрогеназа, катализирующая превращение пирувата в лактат, стереоспецифична. У разных видов она содержится в виде определенных оптических изомеров; в зависимости от этого бактерии продуцируют D- или L-форму молочной кислоты. Те из них, которые образуют смесь D- и L-форм, содержат или две формы фермента, различающиеся стереоспецифичностью, или лактатрацемазу.
У этой группы эубактерий молекулярный кислород не включается в энергетический метаболизм, но они способны расти в присутствии О2, т.е. являются аэротолерантными анаэробами. В их клетках в значительном количестве содержатся флавиновые ферменты, с помощью которых происходит восстановление молекулярного кислорода до Н2О2. Из-за неспособности молочнокислых бактерий синтезировать гемовую группу у них отсутствует каталаза - фермент, катализирующий разложение перекиси водорода, поэтому последняя может накапливаться в клетке.
Особенностями конструктивного метаболизма гомоферментативных молочнокислых бактерий являются слабо развитые биосинтетические способности, что выражается в большой зависимости их роста от наличия в питательной среде готовых органических веществ (аминокислоты, витамины группы В, пурины, пиримидины). В качестве источника углерода молочнокислые бактерии используют лактозу (молочный сахар) или мальтозу (растительный сахар, образующийся при гидролизе крахмала). Могут они также использовать некоторые пентозы, сахароспирты и органические кислоты.
Из всех известных непатогенных прокариот молочнокислые бактерии отличаются наибольшей требовательностью к субстрату. Зависимость этих бактерий от наличия готовых органических веществ среды указывает на примитивность в целом их конструктивного метаболизма.
Молочнокислые бактерии распространены там, где они могут обеспечить свои высокие потребности в питательных веществах и где имеются большие количества углеводов, переработка которых дает им необходимую для роста энергию. Их много в молоке и молочных продуктах, на поверхности растений и в местах разложения растительных остатков; обнаружены они в пищеварительном тракте и на слизистых оболочках животных и человека.
Молочнокислым бактериям принадлежит главная роль в осуществлении ряда процессов, используемых с давних времен для получения различных кисломолочных продуктов, в процессах соления и квашения овощей, силосования кормов. Кефир - продукт совместной деятельности молочнокислых бактерий и дрожжей. Известно много национальных кисломолочных продуктов (кумыс, йогурт и др.), для приготовления которых используют кобылье, верблюжье, овечье, козье молоко, а в качестве закваски - естественно возникшие и сохраняемые комплексы молочнокислых бактерий и дрожжей.
Молочнокислые бактерии играют также большую роль в процессе приготовления сыров и сливочного масла. Первый этап производства сыров (створаживание белков молока) осуществляется молочнокислыми бактериями.
Скисание сливок, необходимое для получения сливочного масла, также вызывают бактерии рода Streptococcus. Помимо молочной кислоты некоторые из них образуют ацетоин и диацетил, придающие сливочному маслу характерный запах и вкус. Субстратом служит лимонная кислота, содержание которой в молоке может достигать 1 г/л. Реакции, ведущие к образованию этих веществ, начинаются с расщепления лимонной кислоты:
НООССН2СООНСН2СООН СН3СН2СООН + С2Н5ООССОСН2СООС2Н5
Уксусная кислота выделяется в среду, а щавелевоуксусная кислота (ЩУК) декарбоксилируется, что приводит к образованию пирувата:
С2Н5ООССОСН2СООС2Н5 СН3СОСООН+ СО2 (1)
Дальнейшее метаболизирование пирувата осуществляется по трем различным путям: часть молекул восстанавливается до молочной кислоты; другая часть подвергается декарбоксилированию, приводящему к возникновению разных С2-интермедиатов (ацетил-КоA и «активный» ацетальдегид) и взаимодействию между ними, заканчивающемуся синтезом молекулы диацетила. Восстановление последнего приводит к образованию ацетоина:
СН3-СО-СО-СН3 + НАД*Н2 СН3-СНОН-СО-СН3 + НАД+ (2),
где СН3-СО-СО-СН3 - диацетил, а СН3-СНОН-СО-СН3 - ацетоин.
Эта последовательность реакций не связана с получением клеткой энергии. Смысл ее, возможно, в дополнительном своеобразном решении «акцепторной проблемы», так как, во-первых, образование пирувата в реакции 1 не сопровождается синтезом НАД*Н2, и, во-вторых, синтез ацетоина из диацетила (реакция 2) требует дополнительных молекул НАД*Н2.
Использующие мальтозу молочнокислые бактерии участвуют в квашении овощей. В мелко нарезанные овощи добавляют 2-3% соли и создают условия, исключающие свободный доступ воздуха. Начинается спонтанное молочнокислое брожение. Аналогичный процесс протекает при силосовании кормов. Предназначенная для силосования растительная масса плотно загружается в силосные башни или ямы. Чтобы повысить питательные свойства среды, добавляют мелассу, а в целях создания более благоприятных условий для молочнокислых бактерий растительную массу подкисляют. В этих условиях также протекает спонтанное молочнокислое брожение.
Выводы
Молочнокислые бактерии - группа микроаэрофильных грамположительных микроорганизмов. Как правило, это неподвижные, неспорообразующие кокковидные или палочковидные представители отряда Lactobacillales (например, Lactococcus lactis , Lactococcus cremoris или Lactobacillus acidophilus ).
Геном этих бактерий состоит из кольцевой замкнутой хромосомы, в которой кодируется вся информация, необходимая для жизни, и дополнительных генетических элементов - плазмид и транспозонов. Последние могут обеспечить организм хозяина генетической информацией, которая ему необходима для выживания в определенных условиях. Плазмиды могут кодировать такие свойства, как расщепление углеводов, протеиназная активность, антибиотикорезистентность, резистентность к ультрафиолетовому излучению, сопротивление к фаговой инфекции и другие защитные механизмы против бактериофагов, продукция бактериоцина, а также вязкость и др.
Организация последовательности рибосомных участков, промотор, а также терминационные последовательности некоторых генов лактобактерий подобны другим грамположительным бактериям.
Передача генов совершается с помощью процессов конъюгации, трансформации. Последний сыграл ключевое значение в развитии методологии клонирования генов и молекулярной экспрессии генов.
Изучение генетики этих бактерий имеет как научный, так и коммерческий интерес в связи с их полезностью. Молочнокислые бактерии помимо своей роли в медицинской промышленности, производства пищи и кормов играют важную роль в природе и нормальной жизнедеятельности человека. Поэтому изучают и устанавливают механизмы передачи патогенных свойств, устойчивости к лекарственным препаратам, а также проводятся всевозможные исследования для усовершенствования этих культур.
Список литературы
1) Беленовский Г., Молочнокислые микробы и бактериотерапия (Мед. микробиология, под ред. Л. Тарасевича, т. II, СПБ-Киев, 1913)
) Бурьян НИ., Тюрина Л.В. Микробиология виноделия. - M., 1999.
) Квасников Е.И. Биология молочнокислых бактерий. - Ташкент, 2000
) Квасников Е.И., Нестеренко О.А. Молочнокислые бактерии и пути их использования. - Москва, 1995.
) Миллер А. Санитарная бактериология, М.-Л., 1930
) Шендеров Б.А. // Медицинская микробная экология и функциональное питание. 2001. Т.3.
Нужна помощь по изучению какой-либы темы?
Наши специалисты проконсультируют или окажут репетиторские услуги по интересующей вас тематике.
Отправь заявку
с указанием темы прямо сейчас, чтобы узнать о возможности получения консультации.
1 Общая характеристика молочнокислых бактерий и их особенности, типы брожения
2 Гомоферментативные и гетероферментативные молочнокислые бактерии
3 Получение накопительной культуры молочнокислых бактерий
4 Качественные реакции на молочную кислоту
и их особенности, типы брожения
Молочнокислые бактерии относятся к семействам Lactobacillaceae и Streptococcaceae. Распространение в природе молочнокислых бактерий определяется их сложными потребностями в питательных веществах и способом получения энергии. Они почти никогда не обнаруживаются в почве или водоемах. В естественных условиях они встречаются:
в молоке, молочных продуктах, в местах переработки молока (Lactobacillus bulgaricus , Lactobacillus lactis и другие лактобациллы; Streptococcus lactis );
на поверхности растений как эпифитная микрофлора и на разлагающихся растительных остатках (Lactobacillus plantarum , Lactobacillus brevis , Le и conostoc mesenteroides );
в кишечнике и на слизистых оболочках человека и животных как представители нормальной микрофлоры (Lactobacillus acidophilus , Bifidobacterium bifidum , Streptococcus pneumoniae , Streptococcus pyogenes , Streptococcus faecalis , Streptococcus bovis (зеленящий стрептококк) и др.).
В связи с тем, что молочнокислые бактерии используются для приготовления пищевых продуктов и выступают как возбудители болезней человека и животных, они представляют собой группу большого экономического значения.
Морфология клеток. Это морфологически гетерогенная группа бактерий, она включает палочковидные и сферические организмы, длиной от 0,7–1,1 до 3,0–8,0 мкм, расположенных единично или собранных в цепочки. Все молочнокислые бактерии грамположительны, не образуют эндоспор (за исключением Sporolactobaсillus inulinus ), капсул, и в подавляющем большинстве неподвижны. Форма и длина клеток у различных культур одних и тех же видов молочнокислых бактерий часто зависит от состава среды, присутствия кислорода и способа культивирования.
Физиолого-биохимические свойства. Это факультативные анаэробы, использующие в качестве источника энергии углеводы и образующие в качестве основного продукта брожения молочную кислоту (по этому признаку их объединяют в отдельную обширную группу микроорганизмов). У всех молочнокислых бактерий обнаруживаются сложные потребности в факторах роста : витаминах группы В, аминокислотах, пуринах и пиримидинах. Отличительная физиологическая особенность молочнокислых бактерий – их высокая устойчивость к молочной кислоте, что является следствием характерного для них энергетического метаболизма. Способность молочнокислых бактерий образовывать и переносить довольно высокие концентрации молочной кислоты имеет важное селективное значение, так как такое свойство дает им возможность успешно конкурировать с большинством других бактерий в средах, богатых питательными веществами.
Молочнокислые бактерии обычно способны только к брожению.
Молочнокислым брожением называют анаэробное разложение углеводов молочнокислыми бактериями с образованием молочной кислоты и других продуктов. В зависимости от того, какие молочнокислые бактерии вызывают это брожение и какие при этом образуются продукты, оно бывает двух типов – типичное, или гомоферментативное, и нетипичное, или гетероферментативное .
Химизм гомоферментативного молочнокислого брожения прост. Он заключается в гладком расщеплении гексозы на две молекулы молочной кислоты, без образования газообразных продуктов, по следующему суммарному уравнению:
С 6 Н 12 О 6 = 2СН 3 -СНОН-СООН + 18 ккал.
Промежуточными продуктами при этом брожении являются пировиноградная кислота и водород. Присоединяя водород, пировиноградная кислота образует молочную кислоту.
Химизм нетипичного молочнокислого брожения более сложный, так как здесь при сбраживании углеводов, наряду с молочной кислотой, гетероферментативные бактерии образуют ряд других соединений: уксусную и янтарную кислоты, этиловый спирт, углекислоту и водород. Усложнение процесса брожения связано с тем, что эти бактерии содержат в своих клетках фермент карбоксилазу, а у гомоферментативных бактерий он отсутствует. Общий химизм этого процесса может быть представлен схематическим уравнением так:
2С 6 Н 12 О 6 = СН 2 СНОН-СООН + СООН-СН 2 -СН 2 СООН +
СН 3 СООН + СН 3 СН 2 ОН + СО 2 + Н 2 + х ккал.
Молочнокислые бактерии можно разделить на две физиолого-биохимические подгруппы, различающиеся по продуктам, которые образуются из глюкозы в результате брожения (эта классификация была предложена в 1925 г. А.И.Клюйвером, Г.Л.Донкером): гомоферментативные и гетероферментативные.
Ученые давно установили, что все сложно организованные многоклеточные организмы находятся в симбиотической связи с бактериями. Причем бактерии-симбионты не только не оказывают какого-либо вредного воздействия на организм своих многоклеточных хозяев, ну и активно помогают ему выживать.
Местом наибольшего скопления бактерий-симбионтов в организме человека является пищеварительная система.
Если задуматься над тем, сколько именно бактерий постоянно проживает в нашем кишечнике, то цифра это будет казаться невероятной — микрофлору кишечника составляет 100 триллионов бактериальных клеток. Количество микроорганизмов в кишечнике человека существенно превосходит количество его собственных клеток.
.Впрочем, столь большое число бактерий в кишечном тракте кажется неправдоподобно большим только на первый взгляд. Достаточно вспомнить, что площадь слизистой оболочки кишечника составляет 400 кв.м., что соответствует поверхности двух теннисных кортов. Подумать только, сколько бактерий обитает на настоящих площадках для игры в теннис!
Первые бактерии попадают в организм ребенка с первым в его жизни молоком матери. По мере взросления, меняет свой состав и микрофлора кишечника.
Состав кишечной микрофлоры неоднороден на всем протяжении желудочно-кишечного тракта. В верхних отделах пищеварительной трубки (в желудке), количество микроорганизмов невелико. В основном здесь обитают аэробные стрептококки, лактобациллы и дрожжевые грибки.
Собственно в самом кишечнике проживают главном образом , известная как кишечная палочка, и спороносные бациллы. Но одним из самых важных компонентов микрофлоры здорового кишечника являются 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, — 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.
У данных бактерий есть несколько основных функций.
Кроме молочной и уксусной кислот, молочнокислые бактерии выделяют еще целый ряд полезных для организма человека соединений:
Перечисленные выше функции кишечной микрофлоры были известны ученым уже достаточно давно. В последнее время стало ясно, что у молочнокислых бактерий есть еще одна крайне важная задача — они помогают поддерживать психическое здоровье.
Недавние исследования установили, что
при плохом состоянии кишечника (прежде всего, плачевном состоянии микрофлоры) у человека развивается депрессия, тревога, хронический стресс.
Было выяснено, что для нормального психического состоянии совершенно необходимы опредленные микроорганизмы, которые регулируют настроение человека и другие психические процессы.
В экспериментах с бактерией Bifidobacteriumlongum NCC3001 было показано, что данный микроорганизм является мощным противотревожным агентом. У другой бактерии — Lactobacillus rhamnosus – была показана возможность воздействовать на ГАМК (гамма-аминомасляную кислоту), представляющую собой крайне важный тормозной нейротрасмиттер. Lactobacillus rhamnosus умеет регулировать уровень ГАМК в некоторых отделах мозга, что приводит к уменьшению выброса гормона стресса кортизола и, следовательно, к уменьшению тревожности.
Каким же образом бактерии, проживающие в кишечнике, способны влиять на работу мозга?
Чтобы ответить на этот вопрос, надо просто вспомнить, что человеческий организм имеет не два (спинной и головной), а три мозга.
Помимо центральной нервной системы, в организме есть еще и брюшная нервная система (брюшной мозг), развивающийся из тех же эмбриональных закладок, что и ЦНС.
Брюшной и головной мозг работают в очень тесной связи друг с другом. А потому то, что происходит в кишечнике, имеет самое непосредственное влияние на то, что происходит в голове. Связь головного и брюшного мозга обеспечивает блуждающий нерв, который выходит из черепа и заканчивается в брюшной полости.
Поддерживать в организме нормальное соотношение различных кишечных бактерий достаточно просто: все, что для этого требуется — это полноценное здоровое питание. К сожалению, как раз такого питания большинство из нас в настоящий момент и лишено, причем даже в том случае, если мы едим достаточно много кисломолочных продуктов, фруктов, овощей и нежирного мяса. Дело в том, что многие современные продукты являются не вполне доброкачественными. То есть отравиться ими, конечно, нельзя, но и пользы они особой не приносят. В результате поддержание кишечной микрофлоры в нормальном работоспособном состоянии становится делом весьма непростым.
Помимо неправильного питания, к подавлению микрофлоры кишечника ведут такие факторы, как курение, злоупотребление алкоголем, нервное перенапряжение, а так же прием многих лекарств (антибиотиков, противовоспалительных сфероидных препаратов, слабительных средств).
О том, как оказать помощь братьям нашим меньшим, молочнокислым бактериям, при помощи современных методов натуропатии .
ПОХОЖИЕ МАТЕРИАЛЫ
Похожие материалы
Ученые из Испании озадачились вопросом идентификации всех бактерий, которые обнаруживаются в грудном молоке. В ходе исследования, опубликованного в «The American Journal of Clinical Nutrition», было выяснено, что разнообразие микроорганизмов в грудном молоке оказалось намного больше, чем ожидалось - там было обнаружено более 700 видов бактерий.
* Пояснения к графикам:
Грудное молоко, которое получают новорожденные, регулирует развитие их собственной бактериальной флоры. Биологическая роль бактерий, обнаруженных в грудном молоке, до сих пор полностью не изучена, но уже понятно, что оно чрезвычайно важно для благополучного развития ребенка. Грудное молоко содержит большое количество полезных бактерий, которые помогают детям усваивать питательные вещества и развивают их иммунную систему.
В ходе своего исследования испанские ученые идентифицировали в молоке бактерии, относящиеся к здоровой микрофлоре кишечника (микробиому). Они считают, что микробное разнообразие в молоке обусловлено несколькими пре- и постнатальными факторами.
В первую очередь исследователи обратили свое внимание на молозиво - первую пищу новорожденного, и обнаружили в нем более 700 различных типов бактерий. Анализы проб молозива показали, что наиболее распространенными видами бактерий в нем были стрептококки, молочнокислые бактерии (Lactococcus), бактерии рода Leuconostoc, бактерии Weissella и стафилококки.
В грудном молоке женщин, кормивших детей в возрасте от 1 до 6 месяцев, чаще всего встречались грамотрицательные бактерии Prevotella, Veillonella, Leptotrichia. В то же время ученые отметили, что еще не в состоянии определить, как эти бактерии попадают в молоко. Они могут проникать в него изо рта младенца уже после начала грудного вскармливания.
При первом прикладывании к груди, каждый новорожденный уже получает свою порцию бактерий из грудного молока, которые в конечном итоге заселяют его пищеварительную систему. Теперь ученые пытаются выяснить, на сколько значимую роль эти бактерии играют в развитии иммунной системы и обмена веществ ребенка.
Вывод, к которому пришли испанские ученые: многие бактерии присутствуют в молоке сами по себе и не являются загрязняющими его веществами, и микробиом молока (масса, точнее, сообщество, комьюнити микроорганизмов, населяющих молоко) зависит от разных факторов, и может быть очень разным. Так как бактерии из грудного молока - это одни из самых первых бактерий, попадающих в организм человека, то микробиом молока значим для формирования здоровья человека, и его роль в этом процессе еще предстоит изучить.
Другие, уже датские исследователи, изучив образцы стула более 300 детей, собранные в возрасте 9, 18 и 36 месяцев, пришли к выводу, что грудное вскармливание защищает от ожирения, диабета, воспалительных заболеваний кишечника и аллергий в более позднем возрасте, возможно, благодаря тому, что грудное молоко способствует развитию полезных бактерий в кишечнике ребенка. А прекращение грудного вскармливание, то есть и прекращение получения ребенком грудного молока, приводит к значительным изменениям в микрофлоре кишечника и одновременно с этим росту индекса массы тела.
Третьи исследователи, в Канаде, пошли еще дальше и накормили недоношенных малышей сырым грудным молоком. В ходе исследования выяснялось, какое влияние на детей оказывает молоко, содержащее бактерии, и насколько отличается бактериальный состав молока родной матери и донора. Ученые в больнице наблюдали за самочувствием 98 недоношенных детей, которых кормили сцеженным молоком мам и донорским молоком, в течение первых 2-х недель вскармливания.
В ходе наблюдений было отмечено, что все 100% детей хотя бы один раз подверглись воздействию коагулазо-отрицательного стафилококка, 41% - золотистого стафилококка, а 64% подверглись воздействию грамотрицательных палочек. В донорском молоке значительно реже, чем в материнском, и в меньшей концентрации встречались коагулазо-отрицательные стафилококки, а вот золотистый стафилококк и грамотрицательные палочки встречались и в донорском, и в материнском молоке с одинаковой частотой.
Конкретная мама-донор в этом исследовании была известна для 75% кормлений младенцев. Большинство образцов молока из них (77%) содержали коагулазо-отрицательные стафилококки. Общее количество образцов, в которых встретились коагулазо-отрицательные стафилококки - 5841 из 7610 (каждый образец - это одно кормление одного ребенка), 28% из них содержали коагулазо-отрицательные стафилококки в количестве, превышающем нормы молочного банка. Распространенность остальных видов стафилококка составила от 0,01 до 5,6% образцов молока, участвовавших в исследовании.
Грамотрицательные палочки встречались в 53% образцов молока, при этом у 31% женщин был обнаружен только 1 вид этих палочек, у 29% - 2 вида, 14% имели 3 вида грамотрицательных палочек, 12% - 4 вида, 8% - 5 видов, 4% - 6 видов, и у 2% (1 женщина) было в молоке 9 видов своих уникальных бактерий.
Подробно результаты представлены в таблице ниже:
|
Бактерия |
Количество образцов, в которых она встретилась |
% от общего количества исследованных образцов |
% образцов, в которых количество бактерий превысило лимит молочного банка |
|
Коагулазо-отрицательные стафилококки (Coagulase-negative staphylococci) |
5841 |
||
|
Зеленящий стрептококк (Streptococcus viridians) |
|||
|
Стафилоко́кк золоти́стый (Staphylococcus aureus) |
|||
|
Негемолитические стрептококки (Nonhemolytic streptococci) |
|||
|
Группа В бета-гемолитический стрептококк (Group В beta-hemolytic streptococci) |
100% |
||
|
Грамотрицательные бактерии Acinetobacter sp. |
|||
|
Псевдомонады (Pseudomonas fiuorescens group) |
|||
|
Палочка Фридлендера (Klebsiella pneumonia) |
|||
|
Клебсиелла окситока (K. oxxtoca) |
|||
|
Палочка озены (K. ozaenae) |
100% |
||
|
Кишечная палочка (Escherichia coli) |
|||
|
Палочки E. hermannii |
100% |
||
|
Палочки Enterobacter cloacae |
|||
|
Палочки E. agglomerans |
И тут исследователи с удивлением обнаружили, что не смотря на то, что в части образцов количество бактерий превысило нормы, установленные программами молочных банков, это не привело ни к каким негативных последствиям для детей.
«Было на удивление мало, если они вообще были, неблагоприятных последствий приема бактерий в сыром грудном молоке» . Во время исследования бактериальными инфекциями заболели 10 новорожденных, но во всех случаях оказалось, что заражение произошло другим путем и другими штаммами бактерий.
И в заключение выдержка из статьи ВОЗ о мастите, в которой освещается вопрос бактерий в грудном молоке: «Бактерии часто встречаются в грудном молоке бессимптомно как в промышленно развитых, так и в развивающихся странах. Спектр бактерий часто очень напоминает по своему составу бактерии кожи. Маршалл, например, обнаружил Staph. epidermidis, дифтероиды, альфа - гемолитический и негемолитический стрептококки. Таким образом, проведение бактериологических исследований осложняется трудностью избежание попадания бактерий с кожи. Несмотря на использование специальных приемов сбора молока для исследований, только 50% культур молока могут считаться стерильными, другие пробы содержат «нормальное» содержание бактериальных колоний от 0 до 2,500 колоний на мл.»
Итого, бактерии в молоке - это нормально и они должны там быть , конечно же, если мы говорим о молоке, безопасно сцеженном и бережно хранимом.
Источники
1. Raul Cabrera-Rubio, M Carmen Collado, Kirsi Laitinen, Seppo Salminen, Erika Isolauri, and Alex Mira «The human milk microbiome changes over lactation and is shaped by maternal weight and mode of delivery» http://ajcn.nutrition.org/content/96/3/544.full
2. Catharine Paddock PhD «Breastfeeding helps children grow friendly gut bacteria» http://www.medicalnewstoday.com/articles/276539.php
3. Barbara J. Law, Barbara A. Urias, Joy Lertzman, Diane Robson, And Lisa Romance «Is Ingestion of Milk-Associated Bacteria by Premature Infants Fed Raw Human Milk Controlled by Routine Bacteriologic Screening?» http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC267615/
4. http://www.who.int/maternal_child_adolescent/documents/fch_cah_00_13/ru/
Не работает холодильник, и что-то надо сделать с молоком? Как приготовить домашнюю простоквашу или ряженку, зачем нам нужны молочнокислые бактерии и откуда они появляются у нас в кишечнике? Найдите ответы на эти вопросы и «рецепты» домашних кулинарных экспериментов в нашей статье!
«Хорошо отдыхать в деревне летом! Простор, свобода, бегай и играй, сколько хочешь! Каждый день - новые открытия и неожиданности. А после веселых прогулок так приятно сесть за деревянный стол и съесть все-все, приготовленное мамой, без остатка», - так думали Саша и Настя, возвращаясь домой одним жарким летним вечером.
Ой! - сказала Настя, подходя к дому. - Свет не горит ни у нас, ни в соседних домах, темно-то как!
Мама встретила детей на пороге.
Вы представляете, - сказала она, - произошла авария, и электричество дадут не раньше завтрашнего вечера. Будем сидеть при свечах, как будто мы живем, например, в 19 веке. Только вот надо придумать, что со свежим молоком делать. Холодильник старый, до завтрашнего дня температуру не удержит - молоко испортится.
Мама ненадолго задумалась, а потом рассмеялась и сказала:
Что же это я, не биолог что ли? Сейчас мы с вами займемся «спасением» продуктов. Идемте поужинаем, съедим все, что может до завтра испортиться, а потом займемся кулинарными экспериментами.
И заинтересованные Саша с Настей побежали за мамой. Настя достала свой альбомчик и спросила:
Мама, а можно я буду записывать и зарисовывать то, о чем ты расскажешь?
Конечно! Тогда мы папу завтра не только накормим, но еще и развлечем нашими историями.
С этими словами мама достала из темного холодильника банку с молоком, отлила половину молока в кувшинчик и положила в него несколько больших ложек сметаны.
Мамочка, зачем ты это сделала? Ведь теперь молоко со сметаной станет совсем невкусным, - удивилась Настя.
Вовсе нет. Разве я вам не рассказывала, как и из чего делают кефир, йогурт, ряженку и другие кисломолочные продукты? Нет? Тогда слушайте. Сметана сквасит молоко в домашнюю простоквашу. Действующей силой тут будут молочнокислые бактерии, которые уже есть в сметане и которые ускорят процесс сквашивания молока, оставленного при комнатной температуре. Если бы мы просто оставили молоко на столе, оно бы и само прокисло, только стало бы невкусным, так как в него попали бы совершенно разные бактерии, в том числе и те, которые для нас вовсе не полезны и даже вредны. Или, во всяком случае, делающие прокисшее молоко невкусным. Можно сказать, что при помощи сметаны мы ускорим процесс скисания молока, только направим его в нужное нам «русло». А завтра, чтобы простокваша не стояла долго на жаре, мы на ней блины испечем.
А что происходит с молоком, когда оно сквашивается бактериями? - поинтересовалась Настя.
Бактерии превращают молочный сахар в молочную кислоту и, кроме того, разрезают, или, как правильнее говорить, расщепляют, молочный белок на отдельные кусочки, - ответила мама.
Саша спросил:
Мама, а что будет, если простокваша будет долго стоять в тепле?
Как говорят, она перекиснет - бактерии размножатся, переработают молоко, и в простокваше накопится очень много молочной кислоты или даже уксуса, которые сделают ее совсем кислой и невкусной. И чем выше температура, при которой хранится простокваша, тем быстрее в ней будут размножаться бактерии и тем быстрее простокваша будет скисать.
Настя задумалась:
А что значит - «нужное для нас русло»?
Мама ответила:
Это значит, что молоко будет сквашиваться теми бактериями, которые полезны нашему организму.
А какие бактерии нам полезны?
Те, которые живут в нашем кишечнике. В первую очередь, это лактобактерии и бифидобактерии. Еще в качестве закваски используют термофильного стрептококка или специальную разновидность бактерий группы кишечных палочек, например, болгарскую палочку.
Рисунок 1. Рисунок мамы. Так выглядят бифидобактерии, лактобактерии, кишечные и болгарские палочки и термофильный стрептококк.
А для приготовления кефира берут особую закваску - так называемые кефирные зерна или кефирные грибки. Это сообщество различных микроорганизмов: молочнокислых и уксуснокислых бактерий и дрожжей. Они удерживаются вместе в виде белых зерен при помощи вырабатываемого ими слизистого вещества. Кефирные грибки - это удивительные организмы, известные людям с самых давних времен. Даже при небольшом изменении условий - температуры, состава молока, длительности сквашивания - получаемый кефир будет разным по количеству тех микроорганизмов, которые перешли в него из кефирных зерен, а значит, будет отличаться и по вкусу.
Договорив это, мама нарисовала рисунок, где изобразила кувшин молока с закваской из бактерий, которые размножаются и перерабатывают-сквашивают молоко.
Рисунок 2. Рисунок мамы. Оказавшись в свежем молоке, молочнокислые бактерии из закваски (кефирного грибка или сметаны) быстро размножаются: ведь молоко для них - вкусная, изобильная еда. Вокруг каждой бактерии образуется «островок» из сквашенного молока, и в результате все свежее молоко в кувшинчике постепенно становится сквашенным.
Настя задумалась:
А откуда бактерии у нас в кишечнике берутся?
Самые первые бактерии появляются у новорожденных детей при их рождении, а потом они продолжают поступать в организм малыша с грудным молоком мамы. Правда, надо сказать, появляется все больше данных о том, что некоторое количество бактерий может быть в кишечнике развивающегося малыша еще внутриутробно, а также они могут быть в плаценте - органе, обеспечивающем внутриутробное питание, газоснабжение и выделение продуктов обмена малышей в животе у мамы. Впоследствии бактерии попадают в кишечник детей из «взрослой» еды, которую они начинают есть кроме молока. Только процесс заселения кишечника нужными бактериями небыстрый и продолжается много месяцев. Поэтому очень важно, чтобы новорожденные дети получали именно грудное молоко, а потом - правильную еду, помогающую работе бактерий в их кишечнике.
Ух ты! - воскликнул Саша. - На йогурте, который ты нам даешь, написано «Полезно! С бифидо- и лактобактериями».
Именно так - йогурты, кефир, простокваша и другие молочнокислые продукты полезны для пищеварения, - подтвердила мама. - У многих людей, как взрослых, так и детей, молочный белок и молочный сахар плохо усваиваются или вообще не переносятся организмом. Благодаря тому, что бактерии расщепляют молочный белок на маленькие кусочки, человек легко усваивает все его компоненты. А молочный сахар бактерии сбраживают в молочную кислоту, которая легко используется организмом.
Настя спросила:
Что же, получается, когда мы пьем молоко, то оно у нас в кишечнике бактериями в кефир превращается?
Не совсем, - засмеялась мама. - Молочный белок у нас «разрезается» - расщепляется специальными белками-ферментами в желудке. А бактерии в кишечнике, потребляя часть нашей еды, делают для нас некоторые витамины, аминокислоты - кирпичики для строения новых белков - и еще не дают развиваться вредным, болезнетворным бактериям. Это особенно важно для новорожденных детей, иммунная система которых сформировалась, но еще не активна. Именно за такую активацию иммунитета отвечают полезные бактерии, попадающие в кишечник новорожденного малыша. И в этом им помогают компоненты грудного молока - олигосахариды, которые обеспечивают прикрепление «хороших» бактерий к стенкам кишечника. Кусочки полезных бактерий захватывают особые специализированные, так называемые, М-клетки стенок кишечника и «показывают» их иммунным клеткам, вызывая активацию иммунитета. Благодаря этому иммунные клетки смогут эффективно «сражаться» с болезнетворными бактериями в случае их попадания в кишечник.
И мама нарисовала клетки кишечника, «хорошие» и «плохие» бактерии и иммунные клетки, активирующиеся бактериями.
Рисунок 3. Рисунок мамы. Фиолетовым цветом мама нарисовала клетки кишечного эпителия с микроворсинками, розово-оранжевым - М-клетки. Над клетками черными изломанными палочками мама изобразила молекулы олигосахаридов, при помощи которых «хорошие» бактерии прикрепляются к поверхности кишечника. Под клетками кишечного эпителия и М-клетками мама нарисовала различные иммунные клетки: дендритные клетки, макрофаг и В-лимфоцит. М-клетки захватывают кусочки бактерий и продукты их жизнедеятельности, а потом выделяют с обратной стороны и тем самым «активируют» дендритные клетки. Активированные дендритные клетки в свою очередь взаимодействуют с лимфоцитами, которые в зависимости от своего типа разрушают болезнетворные бактерии или выделяют антитела, способствующие быстрому выведению бактериальных токсинов из организма или поглощению бактерий (их мама нарисовала красным цветом ) и вирусов другими лимфоцитами или макрофагами.
Вот это да! - воскликнула Настя. - Наша собственная маленькая армия у нас в животе! Получается, нужные нам бактерии не дают «плохим» бактериям размножиться и вызвать какую-нибудь болезнь.
И она нарисовала вот такой рисунок у себя в альбоме.
Рисунок 4. Рисунок Насти. Настя изобразила «хорошие» бактерии, прикрепленные к клеткам кишечника олигосахаридами, «плохие» бактерии, которые не могут добраться к клеткам, и иммунную клетку с множеством отростков. Иммунная клетка взаимодействует с «хорошими» бактериями, которые ее активируют и «настраивают» на борьбу с «плохими» бактериями.
А что мы еще можем сделать из получившейся простокваши? - поинтересовался Саша.
Если бы у нас ее было много, то мы бы могли из простокваши сделать домашний творог, а потом из него - мягкий сыр. Вот купим завтра утром побольше молока и сможем заняться таким молочным творчеством. Только папу дождемся - он привезет из города разные йогурты, мы их используем в качестве новой закваски.
Неужели вкус простокваши будет отличаться в зависимости от йогурта или сметаны?
Конечно, - подтвердила мама. - Ведь каждый тип йогурта содержит немного разный набор бактерий, да даже одни и те же бактерии у разных производителей могут немного отличаться.
А как же узнать, какой йогурт лучше? - спросила Настя.
А вот из какого йогурта получится лучше и вкуснее простокваша, или домашний йогурт, - тот, значит, и был лучшим, более свежим, с бóльшим количеством бактерий. Завтра сможем поставить такой эксперимент.
Саша попросил:
Мама, а мы можем сделать ряженку? Папа ведь так ее любит!
Мама подумала и сказала:
Можем попробовать. Ряженку делают из топленого молока с закваской из молочнокислых бактерий. В качестве закваски мы будем использовать завтрашнюю простоквашу, осталось сделать топленое молоко. Знаете, как его делают? Раньше топленое молоко готовили в русских печах: наливали молоко в горшок, закрывали крышкой и ставили на несколько часов в печь. Потом надо было следить, чтобы молоко не закипало, а все время стояло очень горячим, как говорили хозяйки, чтобы оно «томилось». Благодаря такому томлению молоко становилось желто-кремового цвета и сладким. Сейчас топленое молоко можно сделать в духовке, скороварке или мультиварке. Или в любом другом устройстве, способном сохранять молоко при высокой температуре в течение нескольких часов. Мы с вами сделаем в термосе. Только сначала надо молоко как следует нагреть, даже довести до кипения. Плита у нас не работает, так что придется на костре в котелке греть.
С этими словами мама взяла маленький походный котелок, пошла на улицу и позвала с собой детей. Там они быстро сделали маленький костер, нагрели молоко и вылили его в термос.
Очень хорошо, - одобрительно кивнула мама. - Так мы оставим молоко до завтра, а рано утром я перелью его из термоса в банку и добавлю свежую простоквашу. Сметана-то до завтра не сохранится, зато в полученной нами простокваше будут все молочнокислые бактерии, необходимые для сквашивания молока. К завтрашнему вечеру ряженка должна быть готова.
Саша помолчал, а потом сказал:
А мы бы могли хоть немного свежего молока на завтрак сохранить?
Мама задумалась, а потом сказала:
Что же, давайте попробуем. Поставим стакан молока в самое прохладное место. А еще, как делала моя бабушка, бросим туда серебряную ложку.
Что?! - дружно удивились дети.
А почему серебро так действует?
Есть несколько возможных объяснений. Одно из них такое: маленькие кусочки серебра (они называются ионами) отделяются от основной серебряной массы и подавляют, то есть убивают, бактерий. Второе объяснение, что на поверхности серебряных предметов образуются особые формы кислорода (говорят «активные формы кислорода»), которые тоже губительны для бактерий.
Потом мама весело подмигнула детям:
Еще, говорят, в давние времена лягушку сажали в свежее молоко, чтобы оно дольше не прокисало. Кожа лягушки выделяет специальную слизь, компоненты которой имеют бактерицидное действие (убивающее бактерий). Хотите, попробуем?
Бррррр, - сказала Настя, а Саша радостно закричал:
Мама рассмеялась:
Сережки не стоит, а вот ложку - пожалуйста. Завтра проверим, что из этого выйдет.
Мама задумалась ненадолго, а потом сказала:
Хорошо, что я успела молоко вскипятить, потому что простоквашу лучше делать на кипяченом молоке, а не на «сыром». Знаете, почему? Потому что в «сыром» молоке уже тоже есть бактерии, которые попали из воздуха, с вымени коровы, из ведра, куда корову доили. И не всегда эти бактерии «хорошие». Ну и конечно, закваску - сметану или йогурт - нельзя класть в горячее молоко. Ведь бактерии - это живые организмы, в горячем молоке они тут же погибнут.
А потом мама засмеялась:
Да вы уже совсем спите, исследователи-экспериментаторы! Спать-спать! Все остальное будем делать завтра!
На следующий день дети радостно жарили с мамой блины на свежей простокваше. Даже молоко не прокисло, хотя, как сказала мама, «эксперимент не чистый» и, чтобы точно быть уверенными, что молоко не прокисло благодаря серебру, следовало второй такой же стакан молока оставить без серебряной ложки. К приезду папы была готова и ряженка. Вечером вместе с папой дети и мама с удовольствием ели блины со свежей ряженкой, рассказывая о своих экспериментах. А еще через день Саша и Настя, вооружившись банками, ложками, молоком, разными йогуртами и сметаной, занялись экспериментами по получению домашней простокваши.
Подобные эксперименты мы предлагаем сделать и вам (только, конечно, под присмотром взрослых).
Внимание!
Эти эксперименты проводите только строго по инструкции и в присутствии взрослых. Дело в том, что некоторые бактерии опасны для организма, и если вы нарушите условия эксперимента (например, продержите простоквашу не 8–12 часов, а несколько дней), эти бактерии могут размножиться, «захватить власть» в молоке и нанести вам вред, когда вы попробуете простоквашу.
А еще опасны плесени, которые могут поселиться на простокваше, про которую вы забыли. Если вы видите, что на вашей заброшенной простокваше поселилась плесень (особенно, если эта плесень черная!), то вам придется выбросить простоквашу, не попробовав, и начать эксперимент заново.
Возьмите сметану, несколько разных йогуртов (на ваше усмотрение, главное, чтобы они были «натуральными» - без добавок сахара, ягод, фруктовых пюре или отрубей злаков). Подогрейте предварительно прокипяченное молоко до температуры тела (так, чтобы когда вы прикладываете его к внутреннему сгибу локтя, оно не казалось вам ни холодным, ни теплым), а потом разлейте в несколько стаканов. В каждый стакан добавьте по чайной ложке выбранной закваски, заверните полотенцем и оставьте на 8–10 часов. (Примечание: если в помещении ниже 22 градусов, то для скисания молока может понадобиться больше времени, например, 12 часов). По истечении указанного времени проверьте полученную простоквашу. Молоко скисло, если в стакане образовалось густое содержимое, похожее на желе, которое тянется за ложкой. Какая домашняя простокваша вам больше нравится? Для сравнения можете взять четвертый стакан молока и оставить его прокисать без добавления закваски.
