Среди различных групп микроорганизмов бифидобактерии, с точки зрения потребностей в различных питательных веществах, относящихся к наиболее требовательных микроорганизмов. Для нормального роста и развития им необходимы субстраты с органическими формами азота. Эти бактерии нуждаются в витаминах, аминокислотах, пептидах, пуриновых и пиримидиновых соединениях, солях или эфирах жирных кислот, специальных ростовых добавках и других факторах роста.
Bifidobaсterium bifidum № 1 является гетероферментативных палочкой. Основным источником углеродного питания Bifidobaсterium bifidum № 1 является моно-и дисахариды — глюкоза, лактоза, мальтоза, сахароза. Углекислый газ также играет важную роль в жизнедеятельности бифидобактерий. Он может даже в некоторых случаях заменять такие факторы роста как аминокислоты (аспарагиновую кислоту, фенилаланин, гистидин) и витамины (биотин).
Относительно азотного питания, то сложные органические формы азота Bifidobaсterium bifidum № 1 не синтезируют, поэтому эти формы необходимо вносить в питательную среду. Но некоторые бифидобактерии могут использовать как источник азотного питания минеральные азотсодержащие соединения, которые затем используют для синтеза необходимых для их роста аминокислот и нуклеотидов.
Для своего развития бифидобактерии требуют наличия витаминов, чем и объясняется в значительной степени влияние на их рост добавок к сред различных растительных экстрактов (картофеля, моркови, кукурузы, томатов), мясного и дрожжевого экстрактов, белковых гидролизатов и др. Биотин и витамин В12 необходимы только некоторым штаммам. Наличия пантотеновой и никотиновой кислот нуждаются все виды бифидобактерий (за исключением нескольких штаммов), также необходим тиамин. Потребность в фолиевой кислоте, пиридоксальфосфат, р-аминобензойной кислоты и особенно в рибофлавине свойственна многим видам.
Для нормального роста и развития Bifidobaсterium bifidum № 1 требуется ряд неорганических соединений меди, железа, натрия. калия, фосфора, йода, серы, магния и особенно марганца, которые в свою очередь являются макро-и микроэлементами.
Особенности метаболизма Bifidobaсterium bifidum № 1 являются результатом многократных дефектов генома. Это проявляется в том, что большое количество субстратов бифидобактерии не утилизируют, хотя большинство генов, кодирующих различные биосинтетические пути, в хромосоме есть.
Элективные среды, используемые для обеспечения роста и сохранения бифидобактерий весьма разнообразны и в свою очередь сложные и многокомпонентные. Для лабораторного культивирования в основном используется среда МПА.
В промышленности используют модифицированную печеночную среду Блаурока и гидролизатно-молочную среду.
Энергия для жизнедеятельности бифидобактерий (Bifidobaсterium bifidum) поступающей в процессе углеводородного метаболизма, проходящей на уровне субстратного фосфорилирования. Энергия, заключенная в молекулах АТФ, образуется двумя способами: гликолитических путем, из ацетилфосфата, образованного в реакциях, катализируемых пируватоксидазой или пируватдекарбоксилазой. На этапе образования АТФ посредством дегидролазы аргинина разрушается аргинин, вследствие чего карбамоилкиназа синтезирует АТФ из карбамоилфосфату. В результате реакции образуются аммиак и углекислый газ. Этот механизм, присущий гетероферментативных бифидобактериям, был изучен на B Bifidobaсterium bifidum № 1.
Глюкоза и другие углеводы транспортируются с помощью пермеаз и фосфорилируются в цитоплазме.
Утилизация белков и пептидов изучена мало. Протеазы и пептидазы не выделяются в среду, а прикрепляются к клеточной стенке. Они могут влиять на субстрат после лизиса клеток.
Клеточная стенка Bifidobaсterium bifidum № 1 представлена электронногустым гомогенным слоем толщиной 15-60 нм. Она положительно окрашивается по Граму, но стоит заметить, что старые клетки могут давать ошибочные результаты. Химический состав клеточной стенки бифидобактерий достаточно постоянный и на него оказывают влияние изменения в составе сред и условия выращивания культур. Состав клеточной стенки связывают с антигенным свойствам бактерий, поскольку важнейшие антигены находятся именно в ней. Она включает муреин с различными типами химических связей. Муреин грамположительных бактерий — это полимер, состоящий из цепочек, в которых чередуются N-ацетилглюкозамина и N-ацетилмурамовая кислота (эфир молочной кислоты и N-ацетилглюкозамина). Эти компоненты связаны между собой 1,4-β-гликозидными связями. Остатки N-ацетилмурамовой кислоты связаны с пептидными цепочками, которые в свою очередь связаны между собой поперечными пептидными мостиками. При кислотном гидролизе муреин бифидобактерий проявляют глюкозамин и ряд аминокислот: L-аланин, D-глутаминовая и D-аспарагиновую кислоты а также L-орнитин, L-лизин, L-серин, диаминокислоту и т. д. в зависимости от природы микроорганизма. Тип пептидогликана L-Орн-L-Сер-D-Асп характерно для штамма Bifidobaсterium bifidum № 1. Аминокислотный состав стенки характеризует род, а качественный состав и количество сахара и гексозаминов отражают различия между видами. Наиболее распространенные аминокислоты в последовательности аминокислотного состава пептидных компонентов клеточной стенки — аспарагиновая и глутаминовая кислоты, аланин и лизин. Часто клеточные стенки бифидобактерий содержат восстанавливающие сахара: рамнозу и остатки галактозы. Одинаковых пентоз и гексоз в стенке не бывает. При окраске по Граму часто оказываются внутренние гранулы, особенно в гетероферментативных бифидобактерий. Это большие электронногустые биполярные тельца, возможно содержат полифосфат.
Цитоплазматическая мембрана — двухслойная, шириной 75-85 А0. Нуклеоид и рибосомы имеют структуру, типичную для всех прокариот.
Бифидобактерии лучше растут на слабокислых средах с рН 6,3-6,5. Рост прекращается при рН 3,6-4,0 в зависимости от конкретного вида и штамма. Оптимальный уровень рН для штамма Bifidobaсterium bifidum № 1 лежит в пределах 7,2-7,4.
Большинство штаммов бифидобактерий аэротолерантные, однако, оптимальный рост наблюдается при анаэробных или микроаэрофильных условиях. Стимулировать рост может увеличенная концентрация углекислого газа.
Большее количество бифидобактерий лучше растет при мезофильных температурах с верхней границей около 40°С. Оптимальный уровень роста для штамма Bifidobaсterium bifidum № 1 составляет 37±10С.
Штамм Bifidobaсterium bifidum № 1 имеет высокую степень антагонистической активности, что связано с ингибирующим действием молочной и уксусной кислоты, бактериоцинов, лизоцима и другими метаболитами, которые способны снижать рН, а также конкуренцией за сайты прикрепления на оболочке различных отделов желудочно-кишечного и урогенитального трактов.
Bifidobaсterium bifidum № 1 имеет среднюю адгезивности. Адгезивность — один из факторов, определяющим взаимоотношения микроорганизма и его хозяина в экологической нише. От адгезивной способности микроорганизма во многом зависит состав, стабильность и защитные свойства микрофлоры организма — хозяина. Это объясняется тем, что адгезивность бактерий норальной микрофлоры к клеткам кишечного эпителия является фактором колонизации микроорганизмов.
Бифидобактерии размножаются делением перегородкой. Если клетки делятся в одной плоскости, то это приводит к образованию цепочек, а если клетки размножаются в двух плоскостях, то образуются так называемые тетроды которые встречаются очень редко.
Автор статьи: Просяник Алина, студентка кафедры биотехнологии и микробиологии Национального университета пищевых технологий