Для изучения морфологии микроорганизмов, их подвижности, характера размножения и строения пользуются различными видами микроскопии (см. Микроскоп , Электронный микроскоп ). Получение фиксированных и окрашенных препаратов микроорганизмов, а также избирательные методы окраски их спор или внутриклеточных структур — ядра, клеточной стенки, жгутиков, различных включений (метахроматические гранулы, липиды и др.), помогают идентифицировать микроорганизмы, изучить их состав и строение (см. Микроскопическая техника , Окраска микроорганизмов ). Для исследования антигенных, физиологических и биохимических свойств микробов, их патогенности, вирулентности, наследственной изменчивости применяют различные методы иммунологического, физико-химического, биохимического и генетического анализов (см. Генетика микроорганизмов , Иммунология ).
Разработаны ускоренные методы обнаружения микробов во внешней среде, в выделениях инфекционных больных, а также методы индикации их в исследуемом материале. Большое значение приобрёл люминесцентно-серологический метод, который заключается в обработке препарата с исходным материалом флуоресцирующими иммуноглобулинами . Последние, адсорбируясь соответствующими микробами, обусловливают их свечение при рассматривании в люминесцентный микроскоп (см. Иммунофлуоресценция ).
Внедрение М. т. способствовало успехам ряда биологических дисциплин, прежде всего биохимии и генетики. В связи со всё большим распространением метода культуры тканей и клеток М. т. стала применяться в цитологии, физиологии и иммунологии животных и растений.
Широкие масштабы использования М. т. потребовали создания разнообразной специальной аппаратуры, начиная от лабораторной посуды и кончая ферментёрами с автоматической регуляцией режима культивирования. См. также Микробиология , Микробиологический синтез .
Лит.: Тимаков В. Д., Гольдфарб Д. М., Основы экспериментальной медицинской бактериологии, М., 1958; Большой практикум по микробиологии, под ред. Г. Л. Селибера, М., 1962; Мейнелл Дж., Мейнелл Э., Экспериментальная микробиология, пер. с англ., М., 1967.
А. В. Пономарёв.
Микробиологические исследования
Микробиологи'ческие иссле'дования находят широкое применение не только в микробиологии и др. областях биологии (например, в цитологии, генетике, биохимии, радиобиологии), но и в медицине, сельском хозяйстве и др. Цель М. и. — обнаружение микроорганизмов в воде, воздухе, почве, растениях, животных, отождествление (идентификация) микробов, изучение их свойств. С помощью М. и. было выяснено значение микробов в круговороте веществ в природе, их многогранная роль в жизни растений, животных и человека. М. и. важны для диагностики, предупреждения и лечения инфекционных заболеваний, выяснения источников инфекции, механизма её передачи и путей распространения, для контроля качества продуктов питания. М. и. микрофлоры воздуха, воды и почвы вооружили гигиену многими методами санитарно-гигиенической оценки окружающей среды и способствовали разработке мер её охраны и оздоровления (см. Охрана природы ). Для проведения М. и. пользуются специально разработанными методами и соответствующей аппаратурой (см. Микробиологическая техника ).
Лит . см. при статьях Генетика микроорганизмов и Микробиология .
А. В. Пономарев.
Микробиологический синтез
Микробиологи'ческий си'нтез, синтез структурных элементов или продуктов обмена веществ микроорганизмов за счёт присущих микробной клетке ферментных систем. При М. с., как и любом органическом синтезе, сложные вещества образуются из более простых соединений. М. с. следует отличать от брожения , в результате которого тоже получаются различные продукты микробного обмена (например, спирты, органические кислоты), но преимущественно за счёт распада органического вещества. Значительная часть продуктов, образующихся в ходе М. с., обладает физиологической активностью и представляет практическую ценность для народного хозяйства.
К М. с. относят широкий круг процессов. 1. Накопление микробной массы для использования её: а) в качестве белково-витаминных добавок к кормам; б) как источника получения белков , липидов , ферментов , токсинов , витаминов , антибиотиков ; в) для борьбы с паразитами животных и растений; г) в качестве носителя ферментативной активности в реакциях микробиологической (энзиматической) трансформации органических соединений. 2. Получение накапливающихся вне микробной клетки метаболитов, в том числе ферментов, токсинов, антибиотиков, аминокислот, витаминов, нуклеотидов и т.п.
М. с. осуществляется внутри клетки при активации низкомолекулярных компонентов (например, коферментом А ) и участии нуклеотид фосфатов, чаще всего адениловых производных (см. Аденозинфосфорные кислоты ). Затем многие метаболиты выводятся из клетки в среду. Характерная особенность микроорганизмов — их способность к сверхсинтезу, т. е. избыточному образованию некоторых продуктов обмена веществ (многих аминокислот, нуклеотидов, витаминов), превышающему потребность микробной клетки. Так, глутаминовая кислота при сверхсинтезе может накапливаться в количестве свыше 10 мг/мл среды (культура Micrococcus glutamicus), витамин B2 — до 1—2 мг/мл (грибы Eremothecium ashbyii u Ashbya gossipii), вместо обычных сотых и даже тысячных долей мг. Способность к сверхсинтезу того или иного соединения свойственна определённым видам микроорганизмов, которыми, как правило, и пользуются в качестве продуцентов при производстве соответстветствующих метаболитов путём М. с. При этом применяют не только культуры, отобранные из природных источников, но и специально выведенные искусственным путём мутанты — штаммы, у которых сверхсинтез — следствие нарушений обмена веществ под воздействием мутагенов . Применение мутантов позволяет значительно увеличить выход ряда продуктов. Например, выведены культуры с высоким уровнем сверхсинтеза лизина, инозиновой кислоты, некоторых витаминов. При помощи мутантов удалось в 100—150 раз поднять активность биосинтеза пенициллина ; мутантные штаммы используются при производстве как этого, так и др. антибиотиков.
В процессе М. с. получают ряд продуктов, причём за счёт самых разных соединений углерода и азота. Это обусловливается большим разнообразием ферментных систем микроорганизмов. Так, для синтеза белков, нуклеиновых кислот и др. метаболитов клетки могут использовать в зависимости от особенностей культуры разные неорганические источники азота, а из соединений углерода — различные углеводы, органические кислоты (в т. ч. уксусную кислоту), жидкие, твёрдые или газообразные углеводороды и др. Определённые виды, способные к хемосинтезу или фотосинтезу , в качестве источника углерода могут усваивать углекислый газ. Т. о., подбор соответствующих культур даёт возможность получать путём М. с. желаемые вещества из дешёвого и доступного сырья. Эти особенности делают М. с. весьма эффективным способом производства многих соединений; часть из них (например, многие антибиотики) экономически выгодно получать ныне только таким путём.
Некоторые продукты М. с. давно использовались человеком (например, пекарские дрожжи), но широкое промышленное применение М. с. получил начиная с 40—50-х гг. 20 в. Прогресс в этой области связан прежде всего с открытием пенициллина, что побудило начать детальные исследования у микроорганизмов продуктов обмена веществ, обладающих физиологической активностью. Освоение в промышленных масштабах производства пенициллина привело к решению многих микробиологических, технологических и инженерных задач. Это, наряду с расширением производства дрожжей как белково-витаминных добавок к кормам, послужило основой для развития промышленного М. с. Так, в частности, были созданы специальные аппараты — ферментёры, с помощью которых можно вести технологический процесс биосинтеза без доступа посторонних микроорганизмов, снабжённые устройствами для перемешивания среды и для подачи стерильного воздуха.
Технологически современный процесс М. с. состоит из ряда последовательных этапов (операций). Главные из них: подготовка необходимой культуры микроорганизма-продуцента; подготовка питательной среды; выращивание посевного материала; культивирование продуцента в заданных условиях, в ходе которого и осуществляется М. с., часто называемый ферментацией (например, ферментация антибиотиков); фильтрация и отделение биомассы; выделение и очистка требуемого продукта, когда это необходимо; сушка. Процессы выделения и очистки, часто занимающие важное место среди др. технологических операций, определяются химической природой получаемого вещества и могут включать экстракционные и хроматографические методы, кристаллизацию, осаждение и др. Наиболее прогрессивным способом культивирования считается непрерывный — с непрерывными подачей питательной среды и выводом продуктов М. с. Так производят, например, микробную биомассу (кормовые дрожжи). Однако непрерывный способ разработан далеко ещё не для всех процессов М. с., и большинство метаболитов (аминокислоты, антибиотики, витамины) получают периодическим способом — с выводом продукта в конце процесса. В некоторых случаях (например, при производстве ряда ферментов) продуценты выращивают не в ферментёрах с аэрацией и перемешиванием (глубинный способ), а на поверхности питательной среды — т. н. поверхностным способом. Для производства разнообразных продуктов М. с. в СССР создана микробиологическая промышленность , уже выпускающая большой ассортимент соединений разных классов. Работы в области М. с. проводятся почти во всех промышленно развитых странах. Во многих из них продукты М. с. являются важной составляющей экономики страны, например производство ферментов и аминокислот — в Японии, лекарственных препаратов — в Венгрии.
