Для вивчення різних властивостей мікробів у мікробіології розроблено метод штучного вирощування їх у спеціальних середовищах. Мікроорганізми у природних умовах зазвичай перебувають у вигляді спільнот різних видів. Точне вивчення окремих видів можливе лише за виділення в чистих культурах, т. е. у культурах, містять лише одне вид мікробів.
Пастер уперше розробив спеціальні методи дослідження мікробів. Він ввів методи стерилізації, без яких неможливо виділення чистих культур, отримання на штучних поживних середовищах культур бактерій, експериментальне зараження тварин та ін. одна клітка. Цей недосконалий метод у руках Пастера давав хороші результати навіть за приготування вакцин.
Подальше удосконалення методів бактеріологічного дослідження належить найбільшому німецькому вченому Р. Коху (1843–1910). Він виділення чистих культур застосував тверді штучні живильні середовища, у тому числі особливо вдалими виявилися агаровые середовища. Методика, розроблена Кохом, дозволила протягом двох десятків років відкрити збудників більшості найважливіших захворювань людини, які викликають бактерії.
В даний час користуються природними та штучними середовищами, рідкими та щільними. До природних середовищ відносяться: знежирене молоко, неохмелене сусло, відвари гороху, шматочки картоплі та ін. Штучних середовищ дуже багато. Для гетеротрофних бактерій користуються середовищами із пептоном. Пептон – продукт неповного розщеплення тваринних білків. Такою є пептонна вода (1 г пептону, 0,5 г кухонної солі на 100 мл води). У м'ясопептонному бульйоні (МПБ) та ж кількість пептону і солі додається до м'ясного бульйону, з якого обложені білкові речовини. Ці рідкі середовища можна зробити щільними, якщо додати до них 1-3% харчового агару. Агар - полісахарид, що видобувається з морських водоростей. Цінність його в тому, що агарове середовище застигає у вигляді прозорого холодця і не розріджується, якщо нагрівати його не до кипіння. Для більш вимогливих мікробів, особливо хвороботворних, додають до цих простих середовищ глюкозу, кров, сироватку її, вітаміни та ін. Посіви вирощуються за певної температури. Для отримання чистої культури з досліджуваного матеріалу роблять кілька, зазвичай три, послідовних розведень у пробірках з розплавленим і остудженим до 40 ° агарової середовищем. Після ретельного розмішування (шляхом обертання пробірки долонями) вміст кожної пробірки виливають у чашки Петрі. Через кілька годин чи днів на плоскій поверхні агару у чашках з'являються колонії. Передбачається, що колонія розвивається із однієї мікробної клітини. З колоній вибирають найбільш ізольовані та типові та відсівають у пробірки на косий агар, на якому й виростає чиста культура. Можна висівати матеріал безпосередньо на поверхню агарового середовища, налитого і застиглого в чашці Петрі. У багатьох випадках виходять хороші колонії при сівбі петлею на поверхні агару в одній чашці. Матеріал береться петлею і нею проводять поверхнею агару штрихи в поздовжньому та поперечному напрямку. В останніх штрихах зазвичай одержують досить окремих колоній. С. Н. Виноградський запропонував метод елективних культур для виділення та вивчення фізіології ґрунтових мікробів. Для отримання таких культур застосовуються середовища, склад яких задовольняє потребу в поживних речовинах однієї групи мікроорганізмів. На таких середовищах розвиваються в повному обсязі мікроби, лише ті, для життєдіяльності яких ці середовища виявляться сприятливими. Інші мікроби або зовсім не зростатимуть, або ростуть дуже слабко. При повторному сівбі останні мікроби будуть витіснені першими.
Так, при вивченні процесу нітрифікації Виноградський відмовився від застосування пептонних середовищ і застосував синтетичне середовище, яке містило амонійну сіль як єдине джерело азоту та не містило жодних джерел вуглецю. Склад середовища:
(NH 4) 2 SО 4 - 0,2%; K 2 HPO 4 - 0,1%; MgSО 4 ·7H 2 Про - 0,05%; NaCl – 0,2%; FeSO 4 - 0,4%; CaC0 3 - 0,1%
на 100мл води. На цьому середовищі вперше були отримані бактерії, що нітрифікують.
Для виділення чистої культури С. Н. Виноградський запропонував тверде синтетичне середовище. Шляхом змішування рідкого скла та соляної кислоти виходять пластинки прозорого кремнекислого холодця. Кремнекислі пластинки просочуються відповідним рідким живильним середовищем.
Виноградський вважає, що природні ґрунтові мікроби відрізняються від культурних форм, які він називав тепличними, одомашненими організмами. Тому він рекомендує вивчати мимовільні спонтанні культури, отримані на пластинках кремнекислого гелю шляхом безпосереднього посіву на них дрібних грудочок природного ґрунту. Гель дуже легко просочується всілякими розчинними поживними речовинами, які так само легко використовуються організмами, як і рідкого середовища. Цей метод культивування застосовується виділення видів зі специфічними функціями, але може застосовуватися і до звичайних бактерій. Так, азотобактер виділяється на крем'яному гелі, просоченому слабким розчином бензоату натрію або лактату кальцію та мінеральними солями. Якщо засівати чашки дрібними грудочками ґрунту, розкладеними на гелі в певному порядку, то можна не тільки визначити зростання специфічних культур у ґрунті, а й одночасно судити про кількість відповідних форм мікробів.
С. Н. Виноградський також розробив мікроскопічний метод визначення кількості бактерій у ґрунті за допомогою безпосереднього їх підрахунку. Для цього готують мікроскопічні препарати з певної ваги або обсягу кількості ґрунтової суспензії. Мазки забарвлюють карболовим еритрозином. При відмиванні мазка водою колоїди ґрунту знебарвлюються, а бактерії залишаються забарвленими в червоний колір, і робиться їхній підрахунок. Цей метод показав, що кількість бактерій у грамі ґрунту обчислюється не сотнями тисяч, а сотнями мільйонів
Виноградський своїми роботами заклав міцні основи мікробіології ґрунту. Він вважається засновником грунтової мікробіології.
Дуже плідним виявився метод якісного обліку мікроорганізмів у ґрунті, запропонований великим радянським ученим Н. Г. Холодним та названий ним методом обростання скла. У ґрунті робиться ножем розріз, одну зі стін зрізають найбільш рівно. Знежирене предметне скло щільно прикладають до цієї стінки та закопують його землею на кілька днів чи тижнів. За цей час відбувається обростання скла мікроорганізмами ґрунту, що перебувають у дотику до нього. Потім скло відкопується, фарбується карболовим еритрозином. Цей метод дає можливість безпосередньо під мікроскопом спостерігати природне розташування мікробів у ґрунті, їх форму та розміри, угруповання та кількісне їх співвідношення - те, що Н. Г. Холодний називає природним ландшафтом ґрунтової мікрофлори.
Б. В. Перфільєв та Д. Р. Габе розробили зовсім новий метод капілярної мікроскопії. Матеріал з мулу чи ґрунту набирається у скляні капіляри з плоскими стінками та прямокутними просвітами каналу капілярів. Ці капіляри прикріплюються до скляних утримувачів взяття проб в мулі. Для взяття проб із ґрунту капіляри поміщаються в особливий металевий пробійник. У таких плоских капілярах дуже зручно мікроскопувати в сухі та імерсійні об'єктиви цілі мікробні пейзажі мулу чи ґрунту, спостерігати розвиток мікробів. У таких капілярах під мікроскопом вчені знаходили ділянки, де була лише одна клітина, яка витягувалась з капіляра та вивчалася далі. За допомогою цього вони відкрили мною нових бактерій, спеціальних хижих колоніальних мікробів.
Визначення виду бактерій.Для цього визначають морфологічні, культуральні та фізіологічні ознаки виділеного виду. Для вивчення морфології мікроба визначають форму клітин, їх поєднання, наявність суперечок, джгутиків, включень. У багатьох випадках має значення відношення до забарвлення за Грамом і деякі спеціальні забарвлення, наприклад забарвлення туберкульозної палички. Але слід зазначити, що морфологічні ознаки у бактерій досить однакові, за ними часто не можна відрізнити один вид від іншого. Вирішальне значення мають культуральні ознаки (характер зростання на живильних середовищах) та різні фізіологічні ознаки.
З культуральних ознак розрізняють: характер зростання на рідких середовищах, наприклад, на м'ясопептонному бульйоні (загальна каламута, плівка, осад на дні тощо); характер зростання колоній і чистих культур на щільних середовищах, агарових та ін. У колоніях розрізняють особливості поверхні колоній (гладка, шорстка, опукла, горбиста), країв її (рівні, зубчасті та ін), колір, розміри колоній; характер зростання на косому агарі, картоплі, желатині та інших щільних середовищах.
З фізіологічних ознак найважливіше відзначити такі:
1. Відношення бактерій до різних джерел вуглецю: до гексоз (глюкоза, левульозу, галактоза та ін), дисахарид (сахароза, мальтоза, лактоза), пентоз (арабіноза, ксилоза), багатоатомних спиртів (маніт, дульцит, гліце . При цьому відзначають утворення кислоти та газу.
2. Ставлення до джерел азоту (пептон, аспарагін, аміачні та азотнокислі солі, різні амінокислоти). Визначають утворення аміаку, сірководню, індолу, нітритів та ін. Ці ознаки визначають на рідких середовищах (пептонній воді) або на синтетичних середовищах, до яких додають зазначені джерела вуглецю та азоту.
3. Ставлення до кисню. Найбільш простий спосіб – посів уколом у високий стовпчик агару у пробірці. Аероби розвиваються у верхній частині уколу, факультативні анаероби - у середній та по всій частині уколу, а суворі анаероби ростуть у нижній частині. Є й інші спеціальні методи.
4. Зростання на молоці (згортання, пептонізація, відсутність змін) та на желатині (розрідження та характер цього розрідження).
Для деяких видів роблять інші дослідження. Ключ до визначення видів виходячи з знайдених ознак культури дають спеціальні визначники бактерій, наприклад Красильникова чи Бердже.
Кількість бактерій, що живуть у тілі середньої здорової дорослої людини, перевищує кількість клітин організму в 10 разів. Зміни в цих мікробних співтовариствах можуть призвести до розладів травлення, шкірних захворювань, захворювань ясен і навіть ожиріння. Незважаючи на життєво важливе значення для здоров'я людини та хвороби мікроорганізми, що проживають у нас, залишаються практично невивченими. Тільки зараз мікробіологи світу, зрозумівши важливість бактерій організму, намагаються провести спільні дослідницькі зусилля, щоб краще зрозуміти їхню роботу.
Це, можливо, основою нового способу подивитися на хвороби. Для того щоб зрозуміти, як впливають бактерії на зміни в нормальній бактеріальній популяції, необхідно спочатку встановити який нормальний рівень має бути.
Дослідники давно підозрювали роль мікробного співтовариства усередині людей, відомий як мікробіом людини. Зараз молекулярні технології досягли точки, де справді можна почати виявляти та характеризувати усі види, які становлять мікробіом людини.
Вчені виявили різні мікроорганізми, які живуть на шкірі людини та допомагають сформувати захисний бар'єр на зовнішній стороні. Вже відомо, що не менш як 100 різних видів бактерій живуть на шкірі. За допомогою щодо нових методів секвенування ДНК вдалося ідентифікувати бактеріальні види здорових випробуваних на передпліччя. На інших органах людини живуть інші бактеріальні види, де кількість видів різних бактерій, що живуть на шкірі, може підійти до 500. Це цілком можливо, що кожен вид може мати унікальну бактеріальний вид ДНК або унікальний відбиток.
Початкові дослідження пацієнтів із псоріазом показують, наприклад, відмінності у шкірі бактеріальних популяцій пацієнтів, які мають захворювання.
Особливо важлива роль бактеріальних угруповань у травному тракті людини при запальних захворюваннях кишечника. Вивчаються мікробні спільноти екосистем, у людей із хворобою Крона, запаленням шлунково-кишкового тракту, виразковим колітом, кишковою паличкою.
Завдання мікробіологів побачити в цілому в кишечнику зміну мікробів і як це може позначитися по відношенню до хвороби. Розглядаючи конкретний організм із запальними захворюваннями кишечника видно зрушення у мікробних популяціях між здоровими та хворими людьми, вивчаючи втрату захисних бактеріальних популяцій.
Бактерії у шлунково-кишковому тракті можуть також грати роль в ожирінні. Декілька років тому виявлено, що ожиріння було пов'язано зі змінами та значною появою деяких видів бактерій у травному тракті. Це говорить про те, що їхні побічні продукти відіграють потенційну роль у здоров'ї та хворобах, що зіставлення та розуміння мікрофлори людини має важливе значення для розуміння людського здоров'я, як і зіставлення та розуміння геному людини. У будь-якому випадку, з урахуванням складності системи, це безумовно складно.
Зараз використовуються нові, комплексні лабораторні технології для опису мікробних угруповань, які не можуть бути вирощені в лабораторних умовах. Зразки збираються з п'яти областей тіла, відомих заселенням мікробних співтовариств: травному тракті, порожнині рота, шкірі, носі та жіночому сечостатевому тракті. Це дозволить дослідникам співвіднести взаємозв'язок між змінами в мікробіомі певного органу до конкретної хвороби.
Мікроорганізми, або мікроби- це живі істоти мікроскопічно малих розмірів, якими насичене навколишнє середовище: вода, грунт, повітря, продукти харчування, житла людини та підприємства.
Наука мікробіологія вивчає будову, обмін речовин та умови існування мікроорганізмів, а також їх роль у житті людини. Мікроорганізми мають схожість з тваринами та рослинами, оскільки знаходяться на межі тваринного та рослинного світів. Вони дуже різноманітні за формою та властивостями, але загальною ознакою всіх є малі розміри. Тож вивчення їх застосовуються спеціальні методи. Через малі розміри мікроорганізми неможливо побачити неозброєним оком. Знайомство людини з ними почалося з винаходу мікроскопа. Перші мікроскопи були дуже примітивні, складалися з кількох ручних виготовлених лінз і давали збільшення до 300 разів; по суті, це були лупи. Проте, навіть такі прилади дозволяли розглянути форму деяких мікроорганізмів.
Голландський натураліст Антон Левенгук (1632-1723), що власноруч шліфував лінзи і збирав найпростіші мікроскопи, з подивом виявляв мікроорганізми у всіх об'єктах, які розглядав: дощової води, настої сіна, зубний наліт і ін. Він з великою точністю опис під мікроскопом (найпростіші, бактерії, гриби та дріжджі), назвав їх інфузоріями та описав у книзі «Таємниці природи». Левенгука по праву вважають основоположником описової мікробіології.
З часу відкриття Левенгука багато вчених прагнули глибше вивчити властивості мікроорганізмів та використовувати отримані знання у господарській діяльності. Величезні заслуги перед людством знаменитого французького вченого Луї Пастера (1822–1895). Розпочавши роботу хіміком, Пастер згодом зацікавився обміном речовин у мікроорганізмів. Пастер звернув увагу на те, що на поверхні землі завдяки наявності мікроорганізмів відбуваються значні хімічні перетворення: мікроорганізми не тільки руйнують мертві органічні залишки тварин та рослин, а й очищають від них ґрунт та водойми.
Пастер довів, що в результаті діяльності окремих видів мікроорганізмів відбувається псування харчових продуктів. Водночас він виявив, що мікроорганізми роблять і корисну для людини роботу. Досліджуючи процеси бродіння, Пастер встановив, що кожне бродіння (спиртове, оцтовокисле та молочнокисле) викликається специфічним збудником. У своїй праці «Дослідження про бродіння» він розглядає низку бродильних виробництв, приписуючи осідання на дні бродильного чану головну роль процесі бродіння. До Пастера, наприклад, опади у винних бочках вважали покидьками та називали «екскрементами вина». Дослідження Пастера надали велику допомогу виноробам Франції у боротьбі з мікроорганізмами, що викликають хвороби вин, і він по праву вважається родоначальником технічної мікробіології. Пізніше Пастер захопився бактеріологією та розробив вчення про специфічність збудників інфекційних захворювань людини, які теж виявилися мікробами, а також створив щеплення проти сказу.
Російські вчені зіграли велику роль розвитку мікробіології. Серед них найбільш відомі Л.С.
Л. С. Ценковський (1828-1877) досліджував різні групи мікроорганізмів, їх властивості та генетичний зв'язок один з одним. Він був першим, хто приготував і застосував у Росії вакцину проти сибірки овець.
І. І. Мечников (1845–1916) отримав всесвітнє визнання за розробку теорії імунітету. Вона пояснює механізм несприйнятливості організму до інфекційних захворювань. Після подальшої розробки ця теорія лягла в основу вчення про антибіотики.
Н. Ф. Гамалея (1858-1949) вивчав багато питань медичної мікробіології. У 1886 р. М. Ф. Гамалея організував в Одесі першу в Росії пастерівську станцію з щеплень проти сказу.
Д. І. Івановський (1864-1920) першим відкрив віруси, що викликають хвороби рослин. Він є родоначальником науки вірусології, яка в даний час набула широкого розвитку та застосування.
Великий внесок у розвиток мікробіології зробив С. Н. Виноградський (1856-1953), який розробив метод елективних (виборчих) культур. Використовуючи його, С. Н. Виноградський виділив групу бактерій, що нітрифікують, відкрив особливий тип харчування у мікробів - хемосинтез. Він виявив також найважливіший процес - фіксацію атмосферного азоту анаеробними бактеріями, - має значення у кругообігу речовин у природі.
Учень С. Н. Виноградського - В. Л. Омелянський (1867-1928) багато зробив для розвитку мікробіології. Він створив перший російський підручник та практичний посібник з мікробіології. Грибні захворювання рослин досліджували М. С. Воронін (1838-1903) та А. А. Ячевський (1863-1932), які започаткували науку фітопатології.
У вивчення процесів бродіння великий внесок зробили російські вчені Л. А. Іванов, С. П. Костичев (1877-1931) та А. Н. Лебедєв (1881-1938). У 1930 р. на основі робіт С. П. Костичева та В. С. Буткевича (1872-1942) в СРСР було організовано виробництво молочної кислоти за допомогою мікроскопічних грибів. Праці Я. Я. Нікітінського (1878-1941) та його учнів започаткували розвиток мікробіології консервного виробництва та зберігання швидкопсувних харчових продуктів.
У нашій країні мікробіологія харчових продуктів набула широкого розвитку. Як наука мікробіологія поділяється на самостійні розділи.
Загальна мікробіологіявивчає різні сторони життєдіяльності мікробів, роль їх у кругообігу речовин у природі та можливість застосування у практичній діяльності людини. Найбільш важливою функцією мікробів для життя на землі є їхня участь у кругообігу вуглецю. Рівнову між утворенням органічних сполук рослинами та їх розпадом підтримують мікроорганізми. Загальна мікробіологія вивчає кругообіг та інших життєво важливих елементів у природі, пов'язаних із життєдіяльністю мікроорганізмів: азоту, заліза, сірки та ін.
Технічна мікробіологіяє важливим прикладною наукою. Вона вивчає різні мікроорганізми з точки зору використання їхньої біохімічної діяльності для отримання цінних продуктів. Виявилося, що деякі дріжджі, бактерії та плісняві гриби у процесі своєї життєдіяльності утворюють багато корисних речовин. Завдяки дослідженню низки вчених нині розроблено технологічні процеси для використання біохімічної діяльності мікроорганізмів. Так, виробляють пиво, вино, сир, хліб, спирт, органічні кислоти тощо. Успіх цих виробництв залежить від правильно підібраних культур мікроорганізмів та режимів їх вирощування. Важливою умовою отримання продуктів високої якості є застосування чистих культур мікроорганізмів - культур, які виведені з однієї клітини і мають низку виробничо-цінних властивостей.
Останні десятиліття освоєно виробництво багатьох нових цінних продуктів мікробіального походження: антибіотиків, вітамінів, ферментів, амінокислот та інших.
Продуцентами їх є дріжджі, бактерії, цвілеві гриби та інші мікроорганізми. Виникла і почала швидко розвиватися нова галузь народного господарства - мікробіологічна промисловість.
Сільськогосподарська мікробіологіярозробляє способи підвищення родючості ґрунту за допомогою мікроорганізмів.
Медична мікробіологіявивчає хвороботворні (патогенні) мікроорганізми, методи запобігання хворобам та їх лікування. До неї примикають санітарна та ветеринарна мікробіологія, епідеміологія та вірусологія.
Санітарна мікробіологія- це наука, що розробляє оздоровчі заходи для запобігання різноманітним захворюванням людини. Санітарна мікробіологія знаходиться на стику з мікробіологією, епідеміологією та гігієною та має профілактичну спрямованість. Спочатку санітарна мікробіологія становила частину гігієни, але у 30-ті роки завдяки працям радянських учених А. Л. Міллера, І. Є. Мінкевича, В. І. Тец сформувалася як самостійна наука.
Водна мікробіологіявивчає мікроорганізми, що населяють водойми. Вона займається питаннями забруднення вод промисловими відходами, очищення вод з допомогою мікроорганізмів та інших.
Крім корисних мікроорганізмів, які люди навчилися використовувати у своїх цілях, у природі існує величезна кількість шкідливих. Потрапляння їх у харчові продукти та напівфабрикати небажано та небезпечно, оскільки деякі мікроорганізми є збудниками харчових інфекцій та отруєнь. Доброякісність харчових продуктів багато в чому залежить від виду та кількості мікроорганізмів, що перебувають у навколишньому середовищі, сировині та на виробничому обладнанні. Якість продукції визначається тим, наскільки вдалося запобігти мікробіальному обсімененню рослинної та тваринної сировини при транспортуванні, зберіганні, технологічній обробці. Тому на харчових підприємствах постійно контролюють мікробіологічний стан виробництва, що дозволяє своєчасно виявити сторонні та шкідливі мікроби. З цією метою поряд з хімічною лабораторією влаштовують мікробіологічну, яка має спеціальне обладнання.
Автоклави призначені для одержання стерильних живильних середовищ, на яких вирощують мікроорганізми. У цих апаратах, що працюють під тиском, стерилізуючим фактором є волога пара при температурах вище 100 °С. Скляний посуд (пробірки, піпетки, чашки Петрі, бродильні трубки визначення активності бродіння та інших.) стерилізується в сушильних шафах сухим парою при 160-170 °З.
Мікроскопи дозволяють розглядати клітини мікроорганізмів, невидимі неозброєним оком. При цьому виявлення будови клітин використовують спеціальні фарби. Крім основного обладнання необхідні лабораторне приладдя: петлі для посівів мікроорганізмів на поверхні живильних середовищ, голки для посівів у глибину середовищ та ін. У тих галузях, де застосовуються культурні мікроорганізми, необхідне спеціальне обладнання та посуд для розведення чистих культур.
Для запобігання потраплянню шкідливих мікробів у технологічні ємності, напівфабрикати та готову продукцію розроблено профілактичні заходи та санітарні правила. Шкідливі мікроби піддаються також активному знищенню при дезінфекціях, що проводяться на підприємствах.
Важливим засобом боротьби з мікробіальною обсімененістю на підприємствах є переробка сировини, мінімально зараженої мікробами, вміст у чистоті обладнання та тари та суворе дотримання встановлених технологічних режимів, що забезпечують умови, що несприятливі для розмноження сторонньої мікрофлори.
Для вивчення мікробів необхідні відповідні лабораторні умови та обладнання. Приміщення для лабораторій підбирають просторе, світле, чисте та ізольоване. Робота в лабораторії вимагає особливої обережності, тому що доводиться працювати із інфекційним матеріалом. Мікроскопія. Внаслідок дуже малих розмірів мікроорганізми вивчають за допомогою спеціальної апаратури – мікроскопів.
Мікроскоп складається з двох частин: механічної та оптичної. Механічна частина мікроскопа складається зі штатива, тубука 7 (рис. 6), «револьвера» 2, предметного столика 4, мікрометричного 10 і макрометричного 11 гвинтів. До оптичної частини належать об'єктиви 3, окуляри, дзеркала 6, освітлювальний апарат 5 (конденсор). Оптична частина – найважливіша частина мікроскопа. Під предметним склом знаходяться дзеркало та конденсори. Дзеркало служить для відображення (???) напряму світлових променів через конденсор в об'єктив. Конденсор складається з кількох лінз, які збирають відбиті від дзеркала промені лише на рівні досліджуваного предмета. На нижній поверхні освітлювального приладу укріплена ірис-діафрагма, за допомогою якої можна зменшувати або збільшувати освітлення предмета, що вивчається. Об'єктив складається з кількох лінз, укладених у загальну металеву оправу, яку наноситься цифра, що вказує на збільшення. Окуляр складається із двох лінз і дає збільшення зображення, яке виходить (???) від об'єктива. На окулярі також є цифра, що вказує на збільшення. Загальне збільшення мікроскопа дорівнює добутку збільшення об'єктиву збільшення окуляра.
Роздільна здатність мікроскопа обмежується довжиною світлової хвилі.
Є мікроскопи найбільш вдосконалених конструкцій. Так, у бінокулярних мікроскопах предмети розглядаються обома очима, завдяки чому виходить більш рельєфне зображення об'єктів. Сконструйовано ультрамікроскопи, призначені для розгляду об'єктів, що мають розміри менше 0,2 мк. Предмети в цих мікроскопах висвітлюють променями, що не проходять, як у звичайному мікроскопі, а бічними, що виходять від сильного джерела світла.
Електронний мікроскоп, що дає збільшення від 20 000 до 200 000 разів і більше, було винайдено у 1932 році. За його допомогою можна вивчати такі мікроорганізми, як віруси, що мають розміри кілька мілімікрон. У цих мікроскопах через предмет, що вивчається, пропускається потік швидколітаючих електронів, причому зображення виходить на спеціальному екрані.
Останніми роками, крім описаних вище, стали впроваджуватись практику також люмінесцентні фазово-контрастні мікроскопи, застосування яких розширило можливості вивчення мікроорганізмів. Так, при люмінесцентній мікроскопії предмет, що вивчається, висвітлюється ультрафіолетовими променями від спеціального джерела. При цьому деякі мікроби, що поглинають енергію, можуть давати видиме кольорове (зелене, жовте, фіолетове) випромінювання. Таким чином, на відміну від звичайної мікроскопії в люмінесцентному мікроскопі розглядають об'єкти у світлі, що випромінюється ними. У фазово-контрастному мікроскопі чіткіше вивчається внутрішня структура живих клітин у процесі життєдіяльності та функція рухів. Це досягається за допомогою спеціально влаштованих фазових (кільцевих) об'єктивів та конденсора. Вони змінюють фазу хвилі світла, що проходить, різко підвищуючи контрастність зображення. Поживні середовища. Для дослідження різноманітних властивостей мікробів їх вирощують на живильних середовищах. Щоб мікроби могли розмножуватися, таке середовище повинне містити достатню кількість поживних речовин, воду, мінеральні солі та джерела азоту та вуглецю. Особливу увагу звертають на те, щоб середовище для вирощування мікробів було стерильним, оскільки забруднення живильного середовища робить його непридатним для використання.
Розрізняють природні та штучні живильні середовища. Як природні поживні середовища застосовують молоко, жовч, картопля, морква, яйця та ін. Штучні живильні середовища готують в основному з м'ясних або рослинних настоїв, додаючи в них різні азотисті продукти, вуглеводи і солі.
Піддослідні тварини. Роль окремих мікробів у виникненні захворювань, вивчення характеру інфекційного процесу, методу лікування та профілактики багатьох інфекційних захворювань було з'ясовано завдяки широкому використанню в мікробіології методу експериментального зараження піддослідних тварин.
З лабораторних тварин у мікробіологічній практиці найбільш широко використовують морських свинок, кроликів, білих мишей, білих щурів, іноді - мавп, дрібну і велику рогату худобу, кішок, собак і рідко птахів (голубів, курей). Вибір тієї чи іншої тварини для дослідження залежить від двох умов: по-перше, тварина має бути сприйнятливою до даної інфекції, по-друге, в природних умовах у неї не повинно бути цієї інфекції. Тому вивчення кожної інфекції використовують окремий вид тварини. Наприклад, щодо туберкульозу і дифтерії піддослідними є морські свинки, щодо сказу - кролики та інших.
Рухливість бактерій може забезпечуватися по-різному. Більшість активно рухаються, плаваючих бактерій рух обумовлено обертанням джгутиків. Рухатися без джгутиків здатні ковзні бактерії (до яких належать міксобактерії, ціанобактерії та деякі інші групи) та спірохети. Про механізми їхнього руху буде сказано при розгляді відповідних груп бактерій. Розташування джгутиків. Розташування джгутиків у рухомих еубактерій - це ознака, характерна для певних груп, тому воно має таксономічне значення. У паличкоподібних бактерій джгутики можуть прикріплюватися полярної або латерально (рис. 2.34). Серед бактерій з монополярним джгутикуванням лише деякі забезпечені лише одним, але особливо товстим джгутиком - це монотрихи (Vibrio metschnikovii,Мал. 2.35; Caulobacter sp.). У багатьох бактерій з монополярним і біполярним джгутикуванням одиночний на вигляд джгутик насправді є пучок з 2-50 джгутиків (політрихи). Монополярно-політрихальне розташування джгутиків називають також лофотрихальним (як у Pseudomonas, Chromatium),а біполярно-політрихальне - амфітріхальним (у Spirillum).У Selenomonasє один пучок джгутиків, прикріплений збоку (рис. 2.36,2>). При перитрихальномурозташуванні (як у Enterobacteriaceae, Bacillaceae і не яких інших бактерій) джгутики розташовуються з боків клітини або на всій поверхні (рис. 2.36,4).
Виявлення джгутиків. Розглянути джгутик (або пучок джгутиків) у світлі, що проходить, або в умовах фазового розмаїття вдається тільки у небагатьох бактерій, наприклад у Chromatium okenii, Bdellovibrio,Thiospirillum(Рис. 2.37). У багатьох інших бактерій (Pseudomonas, Spirillumта ін) джгутик та зону його биття можна побачити тільки в темному полі. Найлегше виявляти джгутики шляхом нанесення на них барвника або металу, а також за допомогою електронного мікроскопа. Функції джгутиків. У більшості бактерій з полярним розташуванням джгутиків останні діють подібно до корабельного гвинта і проштовхують клітину в навколишньому рідкому середовищі. Жгутик є спірально звивистою ниткою, що приводиться в обертальний рух «мотором», що знаходиться в місці її прикріплення в плазматичній мембрані. Для переміщення клітини може бути одиночний джгутик або пучок джгутиків. Джгутики обертаються порівняно швидко; наприклад, у спірил вони роблять близько 3000 обертів на хвилину, що близько швидкості середнього електромотора. Обертання джгутиків призводить до того, що тіло клітини обертається приблизно з 1/3 цієї швидкості у протилежному напрямку. Джгутики можуть спонтанно або у відповідь на зовнішній стимул змінювати напрямок обертання (рис. 2.34). У деяких бактерій з полярним розташуванням джгутиків це призводить до того, що клітина починає рухатися назад. Коли у Chromatium okeniiу відповідь на спалах світла напрям обертання джгутиків змінюється, пучок джгутиків перетворюється на тягне пристосування; при цьому назад клітина переміщається в чотири рази повільніше, ніж вперед, і її рух стає «перекидається». У Thiospirillum jenense -гігантської фототрофної спірили - єдиний полярний пучок джгутиків при зворотному русі б'ється вже не попереду клітини: простір биття джгутиків тепер охоплює клітину з боків: воно хіба що вивернуте навиворіт (подібно до вивернутої вітром парасольки). У спірил з амфітрихальним розташуванням джгутиків в такому положенні знаходиться, зважаючи на обставини, то один, то інший пучок. Перитрихально розташовані джгутики Escherichia coliпрацюють як один добре скоординований спіральний пучок та проштовхують клітину через середовище. У тих випадках, коли напрямок обертання окремих джгутиків змінюється, клітина починає «перекидатися». Мабуть, перитрихально розташовані джгутики не можуть служити пристроєм, що тягне. Бактерії, забезпечені джгутиками, можуть пересуватися дуже швидко: Bacillus megateriumзі швидкістю 1,6 мм/хв, Vibrio cholerae - 12 мм/хв. Це відповідає приблизно від 300 до 3000 довжин тіла за хвилину. Тонка будова джгутиків.Жгутики являють собою спірально закручені нитки. У різних бактерій вони розрізняються за своєю товщиною (12-18 нм), довжиною (до 20 мкм), а також за довжиною та амплітудою витка. Ці параметри притаманні кожному виду. У деяких бактерій можуть утворюватися джгутики різних типів. Нитки джгутиків складаються із специфічного білка флагеліну. Вони побудовані із субодиниць із відносно малою молекулярною масою. Суб'єдиниці розташовуються по спіралі навколо внутрішнього вільного простору (подібно до білкових молекул у вірусі тютюнової мозаїки). Таким чином, структура джгутика визначається властивостями білкових субодиниць. Джгутик складається з трьох частин - описаної вище спіральної нитки, «гака» поблизу поверхні клітини та базального тільця. За допомогою базального тільця джгутик закріплений у плазматичній мембрані та в клітинній стінці (рис. 2.38). Воно складається з центрального стрижня, на якому у грам-негативних бактерій знаходяться дві пари кілець. Зовнішня пара (кільця L та Р) розташовані на рівні зовнішнього та внутрішнього шарів клітинної стінки, а внутрішня пара (кільця S та М) – на рівні зовнішнього шару плазматичної мембрани. Так як у грам-позитивних бактерій зовнішня пара кілець відсутня, вважають, що для обертання джгутиків необхідна лише внутрішня пара. Можна уявити, що кільце М діє як приводний диск, а кільце S грає роль підшипника на внутрішній поверхні пептидогліканового шару. Молекулярний механізм обертального "мотора" джгутика поки не з'ясований. 
О- та Н-аітігені. Proteus vulgarisчасто поширюється по всій поверхні агару у вигляді тонкого сірого нальоту (Н-форма, від нього. Hauch - наліт). Таке «роїння» пояснюється великою рухливістю клітин. Деякі штами нальоту не утворюють (О-форма, від нього. ohne Hauch - без нальоту). Ці штами нерухомі, вони позбавлені джгутиків. Звідси веде початок звичайна термінологія, прийнята в бактеріальної серодиагностике; Антигени поверхні або взагалі тіла клітини (соматичні) називають О-антигенами, а антигени джгутиків – Н-антигенами. Поверхня деяких бактерій покрита великим числом (від 10 до кількох тисяч) довгих, тонких прямих ниток товщиною 3-25 нм і довжиною до 12 мкм, званих фимбріями або пилками. Вони зустрічаються як у джгутиконосних видів, так і у форм, позбавлених джгутиків. Від них слід відрізняти статеві пилки, або пилки типу F, які були виявлені у клітин - донорів Escherichia coliДо 12, тобто. у штамів, що містять статевий фактор F (F +, Hfr). Пили F зустрічаються тільки по одній або дві на клітину, вони мають вигляд порожнистих білкових трубочок довжиною від 0,5 до 10 мкм. Хемотаксис. Вільно пересуваються бактерії здатні до такс - спрямованим рухам, що визначаються зовнішніми стимулами. Залежно від факторів середовища, що викликають спрямований рух, говорять про хемотаксис, аеротаксис, фототаксис і магнітотаксис. Рухливі бактерії реагують на хімічні подразники - накопичуються в одних місцях, а інших уникають. Така реакція організмів, що вільно пересуваються, називається хемотаксисом. Скупчення бактерій утворюються під впливом хімічних чинників в такий спосіб (рис. 2.39). У форм з перитрихальними джгутиками можливі лише два типи рухової поведінки: прямолінійний рух і перекидання. Останнє перериває прямолінійну пробіжку та змінює напрямок шляху. Коли бактерія виявляється в середовищі з градієнтом концентрації субстрату (атрактанта), що «приваблює», її прямолінійний рух триває багато секунд, якщо вона пливе у напрямку до оптимальної його концентрації; однак такий рух за кілька секунд припиниться, якщо бактерія пливе у протилежному напрямку. Хоча напрямок прямолінійного руху після перекидання виявляється зовсім випадковим, проте залежність тривалості такого руху від його напрямку призводить в кінцевому результаті до накопичення бактерій в області оптимальної концентрації субстрату. За чутливість до хімічного стимулу та за реагування на нього відповідальні хеморецептори. У ряді випадків ці хеморецептори діють незалежно від здатності бактерій утилізувати цей субстрат. Наприклад, деякі мутанти продовжують цілком нормально реагувати на певну поживну речовину, хоч і втратили здатність її використовувати. 
Аеротаксіс. У рухомих бактерій можна визначити тип метаболізму (аеробний або анаеробний) за їх аеротаксичних рухів і скупчення на певних відстанях від краю покривного скла. У шарі бактерій, поміщених між предметним і покривним склом, аерофільні бактерії накопичуються біля краю покривного скла або в безпосередній близькості від бульбашок повітря, що опинилися в препараті; це вказує на їхню потребу в аеробних умовах і на те, що необхідну енергію вони отримують за рахунок дихання (рис. 2.40). Суворо анаеробні бактерії будуть накопичуватися в центрі. Мікроаерофільні бактерії, наприклад деякі псевдомонади та спірили, триматимуться на певній відстані від краю. За допомогою бактерій, що виявляють позитивний аеротаксис, Енгельману вдалося продемонструвати виділення кисню хлоропластами, що локально висвітлюються, зеленої водорості. Spirogyra.
Фототаксіс. Фототрофним пурпурним бактеріям для отримання енергії необхідне світло. Тому не дивно, що в результаті фототаксису вони накопичуються в освітленому місці. Якщо витримати в темряві препарат, у якому щільна суспензія клітин Chromatium буде рівномірно розподілена під покривним склом, а потім направити на нього сфокусований пучок світла, бактерії зосередяться в області світлової плями. Клітини, що потрапили в цю пляму випадково внаслідок свого безладного руху, вже не можуть її покинути. Як тільки вони потраплять у темну зону, напрямок руху джгутиків миттєво змінюється на зворотне і клітини повертаються у освітлене місце. Зміна роботи джгутиків відбувається так швидко, що ця реакція одержала назву «реакція переляку» (фоботаксис). Втім, для того, щоб викликати таку відповідь, достатньо навіть невеликої відмінності у освітленості двох ділянок. Дрібні клітини Chromatium накопичуються вже в такому місці, де освітленість всього на 0,7% вище, ніж у навколишній області. Таким чином, за своєю чутливістю до світлового контрасту вони наближаються до сітківки ока (для якої відповідний поріг дорівнює 0,4%). Магіїтотаксис. З поверхневих шарів донного мулу прісноводних водойм, а також морів були виділені бактерії (палички, спірили, коки), здатні орієнтуватися в магнітному полі та переміщатися у напрямку ліній магнітного поля. Вони містять багато заліза (0,4% сухої речовини) у формі феромагнітного окису заліза (магнетиту), який знаходиться в гранулах (магнітосомах), розташованих біля місць прикріплення джгутиків. Бактерії, виділені у північній півкулі, «шукають» північ; тут лінії магнітного поля проходять під кутом близько 70 ° до горизонту вниз, углиб водойми. Магнітотаксічна поведінка спрямовує бактерії в глибину мулу, де дуже мало або зовсім немає кисню. Так як магнітотоксичні бактерії - анаероби або мікроаерофіли, їхня реакція на магнітне поле зрозуміла з точки зору екології. Такі клітини, завезені у південну півкулю, у своїй, звичайно, загинуть; виживуть лише небагато «неправильно» поляризованих клітин, які можуть потім розмножитися. Полярність, мабуть, генетично не зафіксована.
.jpg)
