SdelanoRI.ru

Ваш адвокат

Споры и спорообразования

Бактерии — самая древняя группа организмов из ныне существующих на Земле. Первые бактерии появились, вероятно, более 3,5 млрд лет назад и на протяжении почти миллиарда лет были единственными живыми существами на нашей планете. Поскольку это были первые представители живой природы, их тело имело примитивное строение.

Со временем их строение усложнилось, но и поныне бактерии считаются наиболее примитивными одноклеточными организмами. Интересно, что некоторые бактерии и сейчас ещё сохранили примитивные черты своих древних предков. Это наблюдается у бактерий, обитающих в горячих серных источниках и бескислородных илах на дне водоёмов.

Большинство бактерий бесцветно. Только немногие окрашены в пурпурный или в зелёный цвет. Но колонии многих бактерий имеют яркую окраску, которая обусловливается выделением окрашенного вещества в окружающую среду или пигментированием клеток.

Первооткрывателем мира бактерий был Антоний Левенгук — голландский естествоиспытатель 17 века, впервые создавший совершенную лупу-микроскоп, увеличивающую предметы в 160-270 раз.

Бактерии относят к прокариотам и выделяют в отдельное царство — Бактерии.

Форма тела

Бактерии — многочисленные и разнообразные организмы. Они различаются по форме.

Способы передвижения

Среди бактерий есть подвижные и неподвижные формы. Подвижные передвигаются за счёт волнообразных сокращений или при помощи жгутиков (скрученные винтообразные нити), которые состоят из особого белка флагеллина. Жгутиков может быть один или несколько. Располагаются они у одних бактерий на одном конце клетки, у других — на двух или по всей поверхности.

Но движение присуще и многим иным бактериям, у которых жгутики отсутствуют. Так, бактерии, покрытые снаружи слизью, способны к скользящему движению.

У некоторых лишённых жгутиков водных и почвенных бактерий в цитоплазме имеются газовые вакуоли. В клетке может быть 40-60 вакуолей. Каждая из них заполнена газом (предположительно — азотом). Регулируя количество газа в вакуолях, водные бактерии могут погружаться в толщу воды или подниматься на её поверхность, а почвенные бактерии — передвигаться в капиллярах почвы.

Место обитания

В силу простоты организации и неприхотливости бактерии широко распространены в природе. Бактерии обнаружены везде: в капле даже самой чистой родниковой воды, в крупинках почвы, в воздухе, на скалах, в полярных снегах, песках пустынь, на дне океана, в добытой с огромной глубины нефти и даже в воде горячих источников с температурой около 80ºС. Обитают они на растениях, плодах, у различных животных и у человека в кишечнике, ротовой полости, на конечностях, на поверхности тела.

Бактерии — самые мелкие и самые многочисленные живые существа. Благодаря малым размерам они легко проникают в любые трещины, щели, поры. Очень выносливы и приспособлены к различным условиям существования. Переносят высушивание, сильные холода, нагревание до 90ºС, не теряя при этом жизнеспособность.

Практически нет места на Земле, где не встречались бы бактерии, но в разных количествах. Условия жизни бактерий разнообразны. Одним из них необходим кислород воздуха, другие в нём не нуждаются и способны жить в бескислородной среде.

В воздухе: бактерии поднимаются в верхние слои атмосферы до 30 км. и больше.

Особенно много их в почве. В 1 г. почвы могут содержаться сотни миллионов бактерий.

В воде: в поверхностных слоях воды открытых водоёмов. Полезные водные бактерии минерализуют органические остатки.

В живых организмах: болезнетворные бактерии попадают в организм из внешней среды, но лишь в благоприятных условиях вызываю заболевания. Симбиотические живут в органах пищеварения, помогая расщеплять и усваивать пищу, синтезируют витамины.

Внешнее строение

Клетка бактерии одета особой плотной оболочкой — клеточной стенкой, которая выполняет защитную и опорную функции, а также придаёт бактерии постоянную, характерную для неё форму. Клеточная стенка бактерии напоминает оболочку растительной клетки. Она проницаема: через неё питательные вещества свободно проходят в клетку, а продукты обмена веществ выходят в окружающую среду. Часто поверх клеточной стенки у бактерий вырабатывается дополнительный защитный слой слизи — капсула. Толщина капсулы может во много раз превышать диаметр самой клетки, но может быть и очень небольшой. Капсула — не обязательная часть клетки, она образуется в зависимости от условий, в которые попадают бактерии. Она предохраняет бактерию от высыхания.

На поверхности некоторых бактерий имеются длинные жгутики (один, два или много) или короткие тонкие ворсинки. Длина жгутиков может во много раз превышать разметы тела бактерии. С помощью жгутиков и ворсинок бактерии передвигаются.

Внутреннее строение

Внутри клетки бактерии находится густая неподвижная цитоплазма. Она имеет слоистое строение, вакуолей нет, поэтому различные белки (ферменты) и запасные питательные вещества размещаются в самом веществе цитоплазмы. Клетки бактерий не имеют ядра. В центральной части их клетки сконцентрировано вещество, несущее наследственную информации. Бактерии, — нуклеиновая кислота — ДНК. Но это вещество не оформлено в ядро.

Внутренняя организация бактериальной клетки сложна и имеет свои специфические особенности. Цитоплазма отделяется от клеточной стенки цитоплазматической мембраной. В цитоплазме различают основное вещество, или матрикс, рибосомы и небольшое количество мембранных структур, выполняющих самые различные функции (аналоги митохондрий, эндоплазматической сети, аппарата Гольджи). В цитоплазме клеток бактерий часто содержатся гранулы различной формы и размеров. Гранулы могут состоять из соединений, которые служат источником энергии и углерода. В бактериальной клетке встречаются и капельки жира.

В центральной части клетки локализовано ядерное вещество — ДНК, не отграниченная от цитоплазмы мембраной. Это аналог ядра — нуклеоид. Нуклеоид не обладает мембраной, ядрышком и набором хромосом.

Способы питания

У бактерий наблюдаются разные способы питания. Среди них есть автотрофы и гетеротрофы. Автотрофы — организмы, способные самостоятельно образовывать органические вещества для своего питания.

Гетеротрофы — организмы, использующие для своего питания готовые органические вещества. Гетеротрофные бактерии подразделяются на сапрофитов, симбионтов и паразитов.

Растения нуждаются в азоте, но сами усваивают азот воздуха не могут. Некоторые бактерии соединяют содержащиеся в воздухе молекулы азота с другими молекулами, в результате чего получаются вещества, доступные для растений.

Эти бактерии поселяются в клетках молодых корней, что приводит к образованию на корнях утолщений, называемых клубеньками. Такие клубеньки образуются на корнях растений семейства бобовых и некоторых других растений.

Корни дают бактериям углеводы, а бактерии корням — такие содержащие азот вещества, которые могут быть усвоены растением. Их сожительство взаимовыгодно.

Корни растений выделяют много органических веществ (сахара, аминокислоты и другие), которыми питаются бактерии. Поэтому в слое почвы, окружающем корни, поселяется особенно много бактерий. Эти бактерии превращают отмершие остатки растений в доступные для растения вещества. Этот слой почвы называют ризосферой.

Существует несколько гипотез о проникновении клубеньковых бактерий в ткани корня:

  • через повреждения эпидермальной и коровой ткани;
  • через корневые волоски;
  • только через молодую клеточную оболочку;
  • благодаря бактериям-спутникам, продуцирующим пектинолитические ферменты;
  • благодаря стимуляции синтеза В-индолилуксусной кислоты из триптофана, всегда имеющегося в корневых выделениях растений.
  • Процесс внедрения клубеньковых бактерий в ткань корня состоит из двух фаз:

    • инфицирование корневых волосков;
    • процесс образования клубеньков.
    • В большинстве случаев внедрившаяся клетка, активно размножается, образует так называемые инфекционные нити и уже в виде таких нитей перемещается в ткани растения. Клубеньковые бактерии, вышедшие из инфекционной нити, продолжают размножаться в ткани хозяина.

      Наполняющиеся быстро размножающимися клетками клубеньковых бактерий растительные клетки начинают усиленно делиться. Связь молодого клубенька с корнем бобового растения осуществляется благодаря сосудисто-волокнистым пучкам. В период функционирования клубеньки обычно плотные. К моменту проявления оптимальной активности клубеньки приобретают розовую окраску (благодаря пигменту легоглобину). Фиксировать азот способны лишь те бактерии, которые содержат легоглобин.

      Бактерии клубеньков создают десятки и сотни килограммов азотных удобрений на гектаре почвы.

      Обмен веществ

      Бактерии отличаются друг от друга обменом веществ. У одних он идёт при участии кислорода, у других — без его участия.

      Большинство бактерий питается готовыми органическими веществами. Лишь некоторые из них (сине-зелёные, или цианобактерии), способны создавать органические вещества из неорганических. Они сыграли важную роль в накоплении кислорода в атмосфере Земли.

      Бактерии впитывают вещества извне, разрывают их молекулы на части, из этих частей собирают свою оболочку и пополняют своё содержимое (так они растут), а ненужные молекулы выбрасывают наружу. Оболочка и мембрана бактерии позволяет ей впитывать только нужные вещества.

      Если бы оболочка и мембрана бактерии были полностью непроницаемыми, в клетку не попали бы никакие вещества. Если бы они были проницаемыми для всех веществ, содержимое клетки перемешалось бы со средой — раствором, в которой обитает бактерия. Для выживания бактерии необходима оболочка, которая нужные вещества пропускает, а ненужные — нет.

      Бактерия поглощает находящиеся близ неё питательные вещества. Что происходит потом? Если она может самостоятельно передвигаться (двигая жгутик или выталкивая назад слизь), то она перемещается, пока не найдёт необходимые вещества.

      Если она двигаться не может, то ждёт, пока диффузия (способность молекул одного вещества проникать в гущу молекул другого вещества) не принесёт к ней необходимые молекулы.

      Бактерии в совокупности с другими группами микроорганизмов выполняют огромную химическую работу. Превращая различные соединения, они получают необходимую для их жизнедеятельности энергию и питательные вещества. Процессы обмена веществ, способы добывания энергии и потребности в материалах для построения веществ своего тела у бактерий разнообразны.

      Одни бактерии нуждаются в готовых органических веществах — аминокислотах, углеводах, витаминах, — которые должны присутствовать в среде, так как сами они не смогут их синтезировать. Такие микроорганизмы называются гетеротрофами. Они получают необходимую им энергию при окислении органических веществ кислородом или при сбраживании (без участия кислорода). В зависимости от субстрата, на котором развиваются бактерии, различают:

    • сапрофитные формы — питаются мёртвым органическим веществом (молочно-кислые бактерии, бактерии гниении я и др.);
    • бактерии-паразиты — развиваются только на живых организмах (менингококки, гонококки, и др.);
    • относятся и к паразитическому, и к сапрофитному образу жизни (палочки сыпного тифа, сибирской язвы, бруцеллёза и др.).
    • Другие бактерии все потребности в углероде, необходимом для синтеза органических веществ тела, удовлетворяют за счёт неорганических соединений. Они называются автотрофами. Автотрофные бактерии способны синтезировать органические вещества из неорганических. Среди них различают:

      Cинтезируют органические вещества за счёт солнечной энергии.

      Цианобактерии, пурпурные бактерии и зелёные бактерии.

      Хемосинтез

      Использование лучистой энергии — важнейший, но не единственный путь создания органического вещества из углекислого газа и воды. Известны бактерии, которые в качестве источника энергии для такого синтеза используют не солнечный свет, а энергию химических связей, происходящих в клетках организмов при окислении некоторых неорганических соединений — сероводорода, серы, аммиака, водорода, азотной кислоты, закисных соединений железа и марганца. Образованное с использованием этой химической энергии органическое вещество они используют для построения клеток своего тела. Поэтому такой процесс называют хемосинтезом.

      Важнейшую группу хемосинтезирующих микроорганизмов составляют нитрифицирующие бактерии. Эти бактерии живут в почве и осуществляют окисление аммиака, образовавшегося при гниении органических остатков, до азотной кислоты. Последняя, реагирует с минеральными соединениями почвы, превращаются в соли азотной кислоты. Этот процесс проходит в две фазы.

      Железобактерии превращают закисное железо в окисное. Образованная гидроокись железа оседает и образует так называемую болотную железную руду.

      Некоторые микроорганизмы существуют за счёт окисления молекулярного водорода, обеспечивая тем самым автотрофный способ питания.

      Характерной особенностью водородных бактерий является способность переключаться на гетеротрофный образ жизни при обеспечении их органическими соединениями и отсутствии водорода.

      Таким образом, хемоавтотрофы являются типичными автотрофами, так как самостоятельно синтезируют из неорганических веществ необходимые органические соединения, а не берут их в готовом виде от других организмов, как гетеротрофы. От фототрофных растений хемоавтотрофные бактерии отличаются полной независимостью от света как источника энергии.

      Бактериальный фотосинтез

      Некоторые пигментосодержащие серобактерии (пурпурные, зелёные), содержащие специфические пигменты — бактериохлорофиллы, способны поглощать солнечную энергию, с помощью которой сероводород в их организмах расщепляется и отдаёт атомы водорода для восстановления соответствующих соединений. Этот процесс имеет много общего с фотосинтезом и отличается только тем, что у пурпурных и зелёных бактерий донором водорода является сероводород (изредка — карбоновые кислоты), а у зелёных растений — вода. У тех и других отщепление и перенесение водорода осуществляется благодаря энергии поглощённых солнечных лучей.

      Такой бактериальный фотосинтез, который происходит без выделения кислорода, называется фоторедукцией. Фоторедукция углекислого газа связана с перенесением водорода не от воды, а от сероводорода:

      Биологическое значение хемосинтеза и бактериального фотосинтеза в масштабах планеты относительно невелико. Только хемосинтезирующие бактерии играют существенную роль в процессе круговорота серы в природе. Поглощаясь зелёными растениями в форме солей серной кислоты, сера восстанавливается и входит в состав белковых молекул. Далее при разрушении отмерших растительных и животных остатков гнилостными бактериями сера выделяется в виде сероводорода, который окисляется серобактериями до свободной серы (или серной кислоты), образующий в почве доступные для растения сульфиты. Хемо- и фотоавтотрофные бактерии имеют существенное значение в круговороте азота и серы.

      Спорообразование

      Внутри бактериальной клетки образуются споры. В процессе спорообразования бактериальная клетка претерпевает ряд биохимических процессов. В ней уменьшается количество свободной воды, снижается ферментативная активность. Это обеспечивает устойчивость спор к неблагоприятным условиям внешней среды (высокой температуре, высокой концентрации солей, высушиванию и др.). Спорообразование свойственно только небольшой группе бактерий.

      Споры — не обязательная стадия жизненного цикла бактерий. Спорообразование начинается лишь при недостатке питательных веществ или накоплении продуктов обмена. Бактерии в виде спор могут длительное время находиться в состоянии покоя. Споры бактерий выдерживают продолжительное кипячение и очень длительное проммораживание. При наступлении благоприятных условий спора прорастает и становится жизнеспособной. Спора бактерий — это приспособление к выживанию в неблагоприятных условиях.

      Размножение

      Размножаются бактерии делением одной клетки на две. Достигнув определённого размера, бактерия делится на две одинаковые бактерии. Затем каждая из них начинает питаться, растёт, делится и так далее.

      После удлинения клетки постепенно образуется поперечная перегородка, а затем дочерние клетки расходятся; у многих бактерий в определённых условиях клетки после деления остаются связанными в характерные группы. При этом в зависимости от направления плоскости деления и числа делений возникают разные формы. Размножение почкованием встречается у бактерий как исключение.

      При благоприятных условиях деление клеток у многих бактерий происходит через каждые 20-30 минут. При таком быстром размножении потомство одной бактерии за 5 суток способно образовать массу, которой можно заполнить все моря и океаны. Простой подсчёт показывает, что за сутки может образоваться 72 поколения (720 000 000 000 000 000 000 клеток). Если перевести в вес — 4720 тонн. Однако в природе этого не происходит, так как большинство бактерий быстро погибают под действием солнечного света, при высушивании, недостатке пищи, нагревании до 65-100ºС, в результате борьбы между видами и т.д.

      Бактерия (1), поглотившая достаточно пищи, увеличивается в размерах (2) и начинает готовиться к размножению (делению клетки). Её ДНК (у бактерии молекула ДНК замкнута в кольцо) удваивается (бактерия производит копию этой молекулы). Обе молекулы ДНК (3,4) оказываются, прикреплены к стенке бактерии и при удлинении бактерии расходятся в стороны (5,6). Сначала делится нуклеотид, затем цитоплазма.

      После расхождения двух молекул ДНК на бактерии появляется перетяжка, которая постепенно разделяет тело бактерии на две части, в каждой из которых есть молекула ДНК (7).

      Бывает (у сенной палочки), две бактерии слипаются, и между ними образуется перемычка (1,2).

      По перемычке ДНК из одной бактерии переправляется в другую (3). Оказавшись в одной бактерии, молекулы ДНК сплетаются, слипаются в некоторых местах (4), после чего обмениваются участками (5).

      Роль бактерий в природе

      Круговорот

      Бактерии — важнейшее звено общего круговорота веществ в природе. Растения создают сложные органические вещества из углекислого газа, воды и минеральных солей почвы. Эти вещества возвращаются в почву с отмершими грибами, растениями и трупами животных. Бактерии разлагают сложные вещества на простые, которые снова используют растения.

      Бактерии разрушают сложные органические вещества отмерших растений и трупов животных, выделения живых организмов и разные отбросы. Питаясь этими органическими веществами, сапрофитные бактерии гниения превращают их в перегной. Это своеобразные санитары нашей планеты. Таким образом, бактерии активно участвуют в круговороте веществ в природе.

      Почвообразование

      Поскольку бактерии распространены практически повсеместно и встречаются в огромном количестве, они во многом определяют различные процессы, происходящие в природе. Осенью опадают листья деревьев и кустарников, отмирают надземные побеги трав, опадают старые ветки, время от времени падают стволы старых деревьев. Всё это постепенно превращается в перегной. В 1 см 3 . поверхностного слоя лесной почвы содержатся сотни миллионов сапрофитных почвенных бактерий нескольких видов. Эти бактерии превращают перегной в различные минеральные вещества, которые могут быть поглощены из почвы корнями растений.

      Некоторые почвенные бактерии способны поглощать азот из воздуха, используя его в процессах жизнедеятельности. Эти азотофиксирующие бактерии живут самостоятельно или поселяются в корнях бобовых растений. Проникнув в корни бобовых, эти бактерии вызывают разрастание клеток корней и образование на них клубеньков.

      Эти бактерии выделяют азотные соединения, которые используют растения. От растений бактерии получают углеводы и минеральные соли. Таким образом, между бобовым растением и клубеньковыми бактериями существует тесная связь, полезная как одному, так и другому организму. Это явление носит название симбиоза.

      Благодаря симбиозу с клубеньковыми бактериями бобовые растения обогащают почву азотом, способствуя повышению урожая.

      Распространение в природе

      Микроорганизмы распространены повсеместно. Исключение составляют лишь кратеры действующих вулканов и небольшие площадки в эпицентрах взорванных атомных бомб. Ни низкие температуры Антарктики, ни кипящие струи гейзеров, ни насыщенные растворы солей в соляных бассейнах, ни сильная инсоляция горных вершин, ни жёсткое облучение атомных реакторов не мешают существованию и развитию микрофлоры. Все живые существа постоянно взаимодействуют с микроорганизмами, являясь часто не только их хранилищами, но и распространителями. Микроорганизмы — аборигены нашей планеты, активно осваивающие самые невероятные природные субстраты.

      Микрофлора почвы

      Количество бактерий в почве чрезвычайно велико — сотни миллионов и миллиардов особей в 1 грамме. В почве их значительно больше, чем в воде и воздухе. Общее количество бактерий в почвах меняется. Количество бактерий зависит от типа почв, их состояния, глубины расположения слоёв.

      На поверхности почвенных частиц микроорганизмы располагаются небольшими микроколониями (по 20-100 клеток в каждой). Часто они развиваются в толщах сгустков органического вещества, на живых и отмирающих корнях растений, в тонких капиллярах и внутри комочков.

      Микрофлора почвы очень разнообразна. Здесь встречаются разные физиологические группы бактерий: бактерии гниения, нитрифицирующие, азотфиксирующие, серобактерии и др. среди них есть аэробы и анаэробы, споровые и не споровые формы. Микрофлора — один из факторов образования почв.

      Областью развития микроорганизмов в почве является зона, примыкающая к корням живых растений. Её называют ризосферой, а совокупность микроорганизмов, содержащихся в ней, — ризосферной микрофлорой.

      Микрофлора водоёмов

      Вода — природная среда, где в большом количестве развиваются микроорганизмы. Основная масса их попадает в воду из почвы. Фактор, определяющий количество бактерий в воде, наличие в ней питательных веществ. Наиболее чистыми являются воды артезианских скважин и родниковые. Очень богаты бактериями открытые водоёмы, реки. Наибольшее количество бактерий находится в поверхностных слоях воды, ближе к берегу. При удалении от берега и увеличении глубины количество бактерий уменьшается.

      Чистая вода содержит 100-200 бактерий в 1 мл., а загрязнённая — 100-300 тыс. и более. Много бактерий в донном иле, особенно в поверхностном слое, где бактерии образуют плёнку. В этой плёнке много серо- и железобактерий, которые окисляют сероводород до серной кислоты и тем самым предотвращают замор рыбы. В иле больше спороносных форм, в то время как в воде преобладают неспороносные.

      По видовому составу микрофлора воды сходна с микрофлорой почвы, но встречаются и специфические формы. Разрушая различные отбросы, попавшие в воду, микроорганизмы постепенно осуществляют так называемое биологическое очищение воды.

      Микрофлора воздуха

      Микрофлора воздуха менее многочисленна, чем микрофлора почвы и воды. Бактерии поднимаются в воздух с пылью, некоторое время могут находиться там, а затем оседают на поверхность земли и гибнут от недостатка питания или под действием ультрафиолетовых лучей. Количество микроорганизмов в воздухе зависит от географической зоны, местности, времени года, загрязнённостью пылью и др. каждая пылинка является носителем микроорганизмов. Больше всего бактерий в воздухе над промышленными предприятиями. Воздух сельской местности чище. Наиболее чистый воздух над лесами, горами, снежными пространствами. Верхние слои воздуха содержат меньше микробов. В микрофлоре воздуха много пигментированных и спороносных бактерий, которые более устойчивы, чем другие, к ультрафиолетовым лучам.

      Микрофлора организма человека

      Тело человека, даже полностью здорового, всегда является носителем микрофлоры. При соприкосновении тела человека с воздухом и почвой на одежде и коже оседают разнообразные микроорганизмы, в том числе и патогенные (палочки столбняка, газовой гангрены и др.). Наиболее часто загрязняются открытые части человеческого тела. На руках обнаруживают кишечные палочки, стафилококки. В ротовой полости насчитывают свыше 100 видов микробов. Рот с его температурой, влажностью, питательными остатками — прекрасная среда для развития микроорганизмов.

      Желудок имеет кислую реакцию, поэтому основная масса микроорганизмов в нём гибнет. Начиная с тонкого кишечника реакция становится щелочной, т.е. благоприятной для микробов. В толстых кишках микрофлора очень разнообразна. Каждый взрослый человек выделяет ежедневно с экскрементами около 18 млрд. бактерий, т.е. больше особей, чем людей на земном шаре.

      Внутренние органы, не соединяющиеся с внешней средой (мозг, сердце, печень, мочевой пузырь и др.), обычно свободны от микробов. В эти органы микробы попадают только во время болезни.

      Бактерии в круговороте веществ

      Микроорганизмы вообще и бактерии в частности играют большую роль в биологически важных круговоротах веществ на Земле, осуществляя химические превращения, совершенно недоступные ни растениям, ни животным. Различные этапы круговорота элементов осуществляются организмами разного типа. Существование каждой отдельной группы организмов зависит от химического превращения элементов, осуществляемого другими группами.

      Круговорот азота

      Циклическое превращение азотистых соединений играет первостепенную роль в снабжении необходимыми формами азота различных по пищевым потребностям организмов биосферы. Свыше 90% общей фиксации азота обусловлено метаболической активностью определённых бактерий.

      Круговорот углерода

      Биологическое превращение органического углерода в углекислый газ, сопровождающееся восстановлением молекулярного кислорода, требует совместной метаболической активности разнообразных микроорганизмов. Многие аэробные бактерии осуществляют полное окисление органических веществ. В аэробных условиях органические соединения первоначально расщепляются путём сбраживания, а органические конечные продукты брожения окисляются далее в результате анаэробного дыхания, если имеются неорганические акцепторы водорода (нитрат, сульфат или СО2).

      Круговорот серы

      Для живых организмов сера доступна в основном в форме растворимых сульфатов или восстановленных органических соединений серы.

      Круговорот железа

      В некоторых водоёмах с пресной водой содержатся в высоких концентрациях восстановленные соли железа. В таких местах развивается специфическая бактериальная микрофлора — железобактерии, окисляющие восстановленное железо. Они участвуют в образовании болотных железных руд и водных источников, богатых солями железа.

      Бактерии являются самыми древними организмами, появившимися около 3,5 млрд. лет назад в архее. Около 2,5 млрд. лет они доминировали на Земле, формируя биосферу, участвовали в образовании кислородной атмосферы.

      После появления многоклеточных организмов между ними и бактериями образовались многочисленные связи, включая преобразование органических веществ органотрофами, и разного рода симбиотические отношения, паразитизм, иногда внутриклеточный (риккетсии), и патогенез. Наличие бактерий и др. микроорганизмов в естественных местах обитания является важнейшим фактором, определяющим целостность экологии, систем. В экстремальных условиях, непригодных для существования других организмов, бактерии могут представлять единственную форму жизни.

      Бактерии являются одними из наиболее просто устроенных живых организмов (кроме вирусов). Полагают, что они — первые организмы, появившиеся на Земле.

      www.biouroki.ru

      Споры и спорообразования

      4. МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ

      МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ СРЕДЫ

      Дата введения 1999-05-10

      УТВЕРЖДЕНЫ Главным государственным санитарным врачом Российской Федерации, Первым заместителем Министра здравоохранения Российской Федерации Г.Г.Онищенко, 1999 г.

      1. Область применения

      1. Область применения

      Данный документ предназначен в основном для производителей медицинских иммунобиологических препаратов (МИБП) и может служить в качестве руководства по методам общего микробиологического контроля в чистых помещениях, который включает в себя контроль воздуха рабочих зон, контроль поверхностей помещений и оборудования, контроль рук и одежды персонала.

      Методические указания «Микробиологический мониторинг производственной среды» являются приложением к Санитарным правилам СП 3.3.2.015 «Производство и контроль медицинских иммунобиологических препаратов для обеспечения их качества. Good Manufacturing Practice», утвержденных постановлением Госкомсанэпиднадзора России от 12.08.94 г., N 8, а также продолжением соответствующих разделов Методических рекомендаций МУ-44-116 «Асептическое производство медицинских иммунобиологических препаратов», утвержденных МЗ России 19.05.97 г.

      Микробиологический контроль воды, сжатого воздуха и других технологических газов, контроль механических частиц в данных методических указаниях не рассматриваются.

      2. Общие положения

      В данных методических указаниях рассматриваются ключевые факторы, которые необходимо учитывать при разработке и проведении программ микробиологического контроля производственной среды, составлении планов отбора проб, выборе методов и приборов для проведения исследований, установлении уровней тревоги и действия.

      Приводимые в данном документе цифровые данные, методы отбора проб, приборы являются рекомендуемыми. Целесообразно их применение с учетом конкретных производственных условий и технологий.

      Для достижения соответствующего микробиологического статуса производственной среды (см. Таблицу 1.3 Приложения 1 к Методическим рекомендациям МУ-44-116 «Рекомендуемые максимальные пределы контаминации окружающей среды в рабочих условиях») могут использоваться методы, эквивалентные тем, которые вошли в данные методические указания.

      3. Определения

      В данных методических указаниях используются следующие определения:

      3.1. асептическое наполнение: часть асептического процесса, в котором стерильный продукт разливается и упаковывается с использованием стерильных емкостей и крышек в критических производственных зонах;

      3.2. асептическое производство: включает все операции приготовления МИБП, в том числе и асептическое наполнение емкостей продуктом в контролируемых условиях среды, где воздухоподача, материалы, оборудование и персонал соответствующим образом контролируются на приемлемые уровни микробной контаминации и контаминации механическими частицами;

      3.3. асептические производственные зоны (АПЗ): контролируемая среда, состоящая из нескольких зон, в которых воздухоподача, материалы, оборудование и персонал контролируются на приемлемые уровни микробной контаминации и контаминации механическими частицами;

      3.4. аэрозольный пробоотборник: прибор, используемый для отбора заданных объемов воздуха за определенный временной промежуток в целях определения количественного содержания микроорганизмов или механических частиц;

      3.5. биологическая нагрузка: общее количество живых микроорганизмов в продукте перед процессом стерилизации;

      3.6. валидация (аттестация): получение документированного подтверждения того, что конкретный производственный процесс обеспечит с высокой степенью надежности получение продукта, отвечающего заранее установленным спецификациям и показателям качества;

      3.7. контролируемая среда: среда производственных помещений, в которой содержание механических и живых частиц поддерживается на определенных уровнях;

      3.8. корректирующие действия: действия, которые необходимо предпринимать в случае, если результаты контроля окружающей среды выявляют превышение уровня действия;

      3.9. колониеобразующая единица (КОЕ): число живых микроорганизмов, определяемое по проросшим единичным колониям на плотных питательных средах, содержащееся в определенных объемах исследуемых проб;

      3.10. критические производственные зоны: локальные зоны асептического производства, в которых совершаются асептические манипуляции с продуктом, асептический монтаж оборудования, операции наполнения и укупорки, где продукт подвергается наибольшему риску контаминации. Данные зоны, как правило, располагаются в классах чистоты А, В (100) в соответствии с МУ-44-116;

      3.11. критические поверхности: поверхности, находящиеся в зоне выполнения асептических операций, непосредственно контактирующие со стерильным материалом (емкостями, инструментарием и пр.);

      3.12. окружающая флора: микроорганизмы, выделенные из производственной среды совокупностью микробиологических методов исследования;

      3.13. план отбора проб: документ, описывающий методику отбора проб в контролируемой среде, устанавливающий точки отбора проб, частоту и количество регулярно проводимых исследований, методы анализа данных и интерпретацию полученных результатов;

      3.14. программа мониторинга окружающей среды: документально определенная программа, которая описывает правила текущего мониторинга производственной среды по всем контролируемым параметрам: влажность, температура, скорость воздушных потоков, уровень перепада давления между помещениями, уровень контаминации бактериальными и механическими частицами и включает в себя план мероприятий при превышении результатов контроля уровня действия;

      3.15. стерилизация: валидируемый процесс, используемый для освобождения продукта от живых микроорганизмов;

      3.16. стерильный: заявленный как свободный от живых микроорганизмов;

      3.17. терминальная стерилизация: процесс, при котором продукт стерилизуется в своей конечной емкости;

      3.18. точка отбора пробы: отраженное в документах место в контролируемой зоне, где производится отбор пробы для дальнейших микробиологических исследований. Точка выбирается, исходя из потенциального влияния на стерильность продукта;

      3.19. уровень действия: установленный критический уровень содержания микробов или механических частиц, требующий немедленного вмешательства и корректирующих действий, если он превышен;

      3.20. уровень тревоги: установленный докритический уровень содержания микробов или механических частиц, дающий раннее предупреждение о возможном отклонении от нормальных рабочих условий производства, не требующий немедленного вмешательства и исправляющих действий, но который является поводом для проведения дополнительных контролей;

      3.21. чистая зона: заданное пространство, где концентрация живых и механических частиц в воздушной среде поддерживается в установленных пределах в соответствии с классом чистоты;

      3.22. чистая комната: комната, где концентрация живых и механических частиц в воздушной среде поддерживается на заданном уровне, определяемым классом чистоты.

      4. Программа микробиологического мониторинга контролируемой среды

      Основной целью программы оценки микробиологического состояния производственной среды является постоянная гарантия стабильности асептических условий производства МИБП, выявление начальных отклонений и выработка корректирующих действий до возникновения ситуаций, приводящих к появлению нестерильной продукции.

      Метод контроля стерильности готового препарата (ГФ IX, вып.2, с.187) основан на выборочном исследовании части серии и не дает полной гарантии стерильности каждой емкости в серии. Поэтому необходимо проводить промежуточные тесты на стерильность препарата в процессе производства, а также качественный и количественный контроль асептических условий (класса чистоты рабочих зон).

      4.1. Программа микробиологического мониторинга окружающей среды в АПЗ должна охватывать:

      — оценку бактериальной контаминации воздуха (КОЕ/м );

      — оценку бактериальной контаминации критических поверхностей, рук и одежды персонажа, работающих в АПЗ;

      — оценку эффективности очистки и дезинфекции помещений и оборудования;

      — тестирование активности дезинфектантов;

      — оценку эффективности работы стерилизующих воздушных фильтров;

      — оценку качества стерилизации.

      4.2. Текущий контроль в принципе не может и не должен выявить или подсчитать все микроорганизмы, присутствующие в контролируемой среде. Он может только показать, что все ключевые системы, контролирующие состояние производственной среды, работают в соответствии с установленными требованиями и лимиты бактериальной нагрузки не превышены.

      4.3. Задачей микробиологического контроля является получение репрезентативной оценки бактериальной нагрузки производственной среды.

      4.4. Стабильность асептических условий производственной среды должна обеспечиваться:

      — соответствующим проектом производства;

      — технологичным оборудованием (легко моющимся и дезинфицирующимся);

      — адекватной системой воздухоподготовки (фильтрация, перепад давлений);

      — системой ведения документации (рабочие инструкции и регистрация результатов контроля):

      — валидированными и сертифицированными процессами деконтаминации;

      — надежным контролем технологического процесса;

      — практикой качественного поддержания чистоты (уборка, дезинфекция);

      — контролем доступа персонала в АПЗ (соответствующая одежда, процедура переодевания);

      — эффективными программами обучения персонала;

      — гарантией качества материалов и оборудования.

      4.5. Перечисленные поддерживающие функции должны обеспечиваться персоналом соответствующей квалификации, обученным правилам работы в АПЗ.

      4.6. Программа микробиологического мониторинга производственной среды является документом, который периодически пересматривается и совершенствуется, (см. также раздел 17 Методических рекомендаций МУ-44-116).

      5. Общие принципы процедуры микробиологического мониторинга

      5.1. Вне зависимости от выбора метода тестирования, подготовка, технологический процесс, стерилизация, асептические процессы, контрольные тесты, очистка и дезинфекция оборудования и помещений, качество оборудования и используемых материалов должны полностью отвечать требованиям GMP.

      5.2. При контроле используются только откалиброванное оборудование и приборы, прошедшие метрологическую аттестацию.

      5.3. Любой метод, выбранный для текущего контроля должен предварительно пройти валидацию.

      5.4. При текущем мониторинге предпочтительно использовать те же методы, что и при первичной аттестации чистого помещения или зоны. Любые изменения методов контроля могут повлиять на результаты.

      5.5. Ростовые свойства питательных сред, используемых для микробиологических исследований, должны подтверждаться использованием соответствующих штаммов микроорганизмов.

      5.6. В письменных инструкциях, описывающих процедуру микробиологического мониторинга, следует четко излагать шаг за шагом последовательность проведения исследований.

      5.7. Полученные результаты должны регистрироваться в утвержденных по форме протоколах (журналах). В случаях превышения установленных верхних лимитов бактериальной нагрузки в АПЗ должны быть отражены все проведенные расследования и мероприятия.

      5.8. Персонал, выполняющий программу микробиологического мониторинга должен быть компетентен в соответствующих научных дисциплинах, адекватно обучен и иметь необходимые полномочия.

      5.9. Все исследования обычно проводятся производственными отделениями. Однако Отдел гарантии качества или Технологический отдел должен проводить периодические, независимые исследования, повторяющие программу микробиологического мониторинга. Периодичность обследования и протоколы утверждаются руководством предприятия.

      5.10. Установление соответствующего уровня тревоги и уровня действия, выбор адекватных методов контроля являются предметами, постоянно требующими пересмотра. Все соответствующие решения должны приниматься уполномоченным персоналом.

      5.11. Уровни тревоги и действия, частота контроля, число точек отбора проб обычно являются более строгими параметрами при процессе асептического розлива, чем при производстве терминально стерилизуемого продукта.

      5.12. Процедуры микробиологического мониторинга обычно включают следующие шаги:

      — выделения микроорганизмов из производственной среды (на агаровую поверхность, в питательный бульон или жидкость, на мембрану фильтра);

      — посев, если требуется, на питательную среду и культивирование;

      — анализ совокупности полученных при мониторинге данных.

      5.13. Данные мониторинга следует учитывать для совершенствования практики уборки и дезинфекции.

      5.14. Основные факторы, которые необходимо учитывать при определении методологии проведения тестов, приводятся в приложении.

      6. Выбор точек отбора проб

      6.1. Расположение точек отбора проб из воздуха и с поверхностей является индивидуальным для каждого производителя и устанавливается в процессе первичной или повторной аттестации чистого помещения или чистой зоны.

      6.2. При запуске в эксплуатацию нового чистого помещения или зоны проводится изучение ее функционирования.

      Процесс валидации (аттестации) включает в себя:

      — определение профилей воздушных потоков (карта пространственного распределения);

      — определение профилей механических частиц (карта пространственного распределения);

      — определение профилей микроорганизмов (карта контаминации).

      6.3. Периодическая валидация проводится каждые полгода.

      6.4. Карта микробной контаминации, полученная при аттестации чистого помещения, выявляет точки наибольшего бактериального загрязнения. Эта карта служит основой для составления плана отбора проб при текущем контроле, учитывая потенциальное влияние на контаминацию продукта.

      6.5. Зоны непосредственного контакта воздуха и поверхностей с емкостями, содержащими стерильный продукт, являются критическими и тщательно контролируемыми. При операциях асептического наполнения к таким зонам относятся места подачи стерильных емкостей и крышек и места наполнения.

      6.6. Ключевыми точками для отбора проб при текущем мониторинге являются следующие:

      — зоны наиболее высокой вероятности контаминации продукта;

      — зоны наибольшего риска скопления микроорганизмов при нормальном рабочем процессе (накопление пыли на поверхностях с электростатическими свойствами, более холодных поверхностях; дверные ручки и т.д.);

      — труднодоступные зоны для уборки и дезинфекции;

      — точки смежных зон А, В (100);

      — потенциальные источники контаминации;

      — зоны возмущения воздушного потока рельефом поверхности, смешение потоков.

      6.7. В первую очередь микробиологическому мониторингу должны подвергаться следующие элементы производственной среды:

      — руки оператора в перчатках;

      — контейнеры, в которых хранится продукт;

      — сжатый воздух, инертные газы.

      Реже, но периодически контролируемыми являются также:

      — стены, пол и потолок помещения;

      — мебель и транспортные тележки;

      — контейнеры для сбора отходов;

      — инструменты и приборы для тестирования.

      6.8. Система подготовки и распределения воды также может быть источником контаминации. Микробиологическое качество воды является ключевым фактором для производства МИБП, так как она используется для приготовления препаратов и для различных процессов мойки и ополаскивания. В системе распределения воды следует выбрать контрольные точки, при необходимости оборудовать порты для отбора проб.

      6.9. Ниже приводятся некоторые примеры точек отбора проб, которые могут считаться наиболее существенными.

      6.10. Перечисленные выше точки отбора проб выбираются каждым предприятием индивидуально, с учетом конкретных производственных условий и зависят также от:

      — конфигурации линии розлива

      — архивных данных о процессе

      — методологии тестирования, и т.д.

      6.11. Число контрольных точек на одно помещение при текущем контроле:

      docs.cntd.ru

    Опубликовано в Блог