Микроорганизмы не имеют специальных органов питания. Они поглощают питательные вещества и выделяют продукты жизнедеятельности через всю поверхность тела путем осмоса. Он, как и явление диффузии, возникает под действием разных осмотических давлений, т. е. различий в концентрации растворенных веществ, в двух соседних точках раствора или по обе стороны полупроницаемой перегородки. Осмотическое давление — это та энергия, с которой вещества стремятся выровнять концентрацию.

Проникновение через полупроницаемую перегородку воды и растворенных в ней веществ происходит по-разному. Вода преодолевает ее быстрее, чем растворенные вещества. Скорость же проникновения веществ находится в обратной зависимости от величины частиц, находящихся в растворе.

Вода движется через перегородку в ту сторону, где суммарная концентрация растворенных веществ выше. Каждое растворенное вещество движется в ту сторону, где его концентрация ниже. Таким образом, концентрация веществ по обе стороны перегородки постепенно выравнивается. Проникновение каждого вещества через перегородку прекращается лишь тогда, когда по обе ее стороны концентрация его станет одинаковой.

Величина осмотического давления может быть измерена специальным прибором — осмометром. Наиболее простой моделью его может служить прибор, состоящий из стеклянного ре­зервуара, герметично закрытого с широкой стороны животным пузырем, колодиевой пленкой или целлофаном и имеющего отходящую вверх длинную трубку. Резервуар заполняют сахарным раствором большой концентрации и погружают в воду.

После погружения уровень сахарного раствора в трубке постепенно поднимается. Происходит это в результате того, что сахар медленно проникает через животный пузырь в воду, тогда как вода довольно быстро осмотирует внутрь колокола и, увеличивая объем раствора, повышает уровень его над колоколом. Высота подъема раствора в трубке над уровнем в сосуде характеризует разность осмотических давлений внутри и вне резервуара.

В принципе таков же механизм проникновения веществ из внешней среды в клетки микроорганизмов и выделения в нее из клеток продуктов жизнедеятельности. Однако в связи с громадной удельной поверхностью (поверхность единицы массы) клеток микробов вещества из внешней среды и обратно проникают очень быстро. В значительной мере именно этим объясняются быстрое размножение микробов и порча товаров, на которых Они развиваются. Так как оболочка микробных клеток непроницаема для многих веществ пищи, нерастворимых в воде (жиры, крахмал, белки), они могут поступать в клетку после разрушения ферментами микробов до растворимых соединений.

В жизнедеятельную микробную клетку вещества пищи поступают непрерывно, так как часть из них, проникнув в нее, вовлекается в различные биохимические процессы и под влиянием ферментов, содержащихся в клетке, превращается в другие более сложные нерастворимые или слаборастворимые вещества, входящие в состав тела клетки. Другая же часть веществ в процессе диссимиляции превращается в более простые соединения.

Таким образом, концентрация каждого вещества в нормальных условиях никогда не уравнивается внутри и вне клетки в процессе питания, и поступление его в клетку осуществляется непрерывно. Иногда проникновение вещества в клетки микробов не может быть полностью объяснено явлениями осмоса. Установлено, что оболочка живых клеток и прилегающий к ней слой цитоплазмы (цитоплазматическая мембрана) обладают избирательной способностью отличать нужные вещества от ненужных. Этим объясняется способность микробов извлекать необходимые им вещества даже из растворов с чрезвычайно малой концентрацией и не пропускать внутрь клетки вредные вещества, содержащиеся в среде в значительных количествах.

Внутри клеток, находящихся в. нормальном состоянии, суммарное осмотическое давление, как правило, выше, чем в питательной среде. Суммарное внутриклеточное давление создается веществами, поступившими в клетку, но еще не ассимилированными, а также продуктами жизнедеятельности, еще не выделившимися из клетки, и частично веществами клеточного синтеза. Поэтому одновременно с питательными веществами в клетки поступает и необходимая им вода.

Высоким суммарным осмотическим давлением в клетках микроорганизмов (до десятков атмосфер) можно объяснить их способность развиваться на сравнительно сухих средах. Так, плесневые грибы могут поражать товары и материалы, имеющие влажность 15 % и даже меньшую.

Высокое осмотическое давление внутри каждой клетки создает постоянный приток в нее воды. Как бы набухшая цитоплазма клетки с определенным напряжением давит на оболочку. Это состояние является нормальным и называется тургором. Находясь на пищевых продуктах в таком состоянии, микробы проявляют большую активность и быстро вызывают порчу. Если клетка оказывается в среде, где суммарная концентрация растворенных веществ намного выше, чем в клетке (растворы сахара, поваренной соли), происходит обратное явление — плазмолиз (постепенное обезвоживание клетки, т. е. цитоплазма ее сжимается и отстает от оболочки). Длительное нахождение в таком состоянии делает микробы нежизнедеятельными и даже вызывает их гибель. Этим пользуются при консервировании.

В клетки, находящиеся в среде с малой концентрацией растворенных веществ, проникает много воды. Это приводит их в состояние плазмоптиса (переполненности). При этом оболочка может даже разорваться.

Требования большинства микроорганизмов к источникам питания разнообразны. Однако учитывая некоторые общие особенности питания микроорганизмов, их принято делить на две группы: аутотрофы, питающиеся по типу высших растений, и тетеротрофы, питающиеся по типу животных организмов.

Аутотрофы способны усваивать углерод из углекислоты и ее минеральных соединений, использовать элементарный азот. В эту группу входят многие почвенные бактерии: нитрифицирующие, клубеньковые азотофиксирующие, серо- и железобактерии и др. Все необходимые для построения тела вещества, в том числе белковые, они синтезируют из простых соединений.

Источниками энергии для построения сложных веществ некоторым аутотрофным микробам служат химические реакции, например окисление водорода, окисление аммиака до азотистой и азотной кислот, сероводорода до серной кислоты, окисление метана, железа и др. Эта группа микроорганизмов называется хемосинтезирующими аутотрофами.

Другие аутотрофные микробы (железобактерии, пурпурные серобактерии), а также водоросли, наподобие высших зеленых растений, используют для синтеза энергию солнечного света. В клетках у них есть пигменты, выполняющие роль, сходную с ролью хлорофилла зеленых растений.

Гетеротрофы нуждаются в органических соединениях, которые служат одновременно источником углерода и энергии. К этой группе относят многочисленные микроорганизмы, использующие органические вещества мертвой природы,— сапрофиты, в частности гнилостные бактерии и возбудители различных брожений. К этой же группе относятся и параграфы (паразиты), например многие болезнетворные микробы.

Группа гетеротрофных микробов для питания использует углеводы, спирты, белки, жиры, органические кислоты. Некоторые из них способны усваивать парафин, а также циклические углеводороды. Под их влиянием происходит разрушение нефти и керосина. Такое же разнообразие имеется и в отношении источников азотистого питания. В качестве таковых для разных микроорганизмов могут служить разнообразные азотистые вещества и даже молекулярный азот атмосферы.

Большинство сапрофитов используют как источник азота различные белковые вещества и продукты их распада, а также минеральные азотистые соединения — аммонийные соли, нитраты. Другие способны развиваться лишь при наличии определенного источника азота. Например, для развития молочнокислых бактерий необходимы сложные органические соединения азота (растворимые белки, пептоны, аминокислоты). Еще более требовательны к источникам азота микроорганизмы-паразиты, которые развиваются только за счет белков того организма, в котором они паразитируют. Некоторые могут усваивать азот даже из цианистых соединений.

Одни и те же вещества, являясь источником питания для одних микроорганизмов, совершенно непригодны и даже ядовиты для других. Так, нитрифицирующие бактерии совершенно не развиваются в присутствии даже незначительных количеств пептонов, глюкозы.

Для нормального развития микроорганизмы нуждаются в пище, обеспечивающей их не только пластическими и энергетическими, но и так называемыми ростовыми веществами.

Вещества эти часто нужны в минимальных количествах, но в то же время они необходимы. К их числу могут быть отнесены некоторые аминокислоты, которые используются для построения белков и ферментов. Из 20 аминокислот, входящих в состав белков, большинство синтезируется всеми микроорганизмами самостоятельно, однако некоторые микроорганизмы не могут создавать отдельные аминокислоты и обязательно должны поступать с пищей. При их отсутствии или недостатке микроорганизмы не растут и не размножаются. Поэтому аминокислоты от­носят к группе ростовых.

Примером может служить аминокислота триптофан, в отсутствие которой невозможен рост тифозной палочки, возбудителя столбняка. Другие микроорганизмы, в частности аутотрофные, хорошо развиваются на средах, не содержащих эту аминокислоту. Они сами ее синтезируют. Существуют микроорганизмы, способные синтезировать ростовые вещества в количествах, превышающих собственные потребности. Они выделяют их в окружающую среду.

К группе ростовых веществ можно отнести и различные витамины. Для многих микроорганизмов они обязательно должны быть в питательных средах.

Витамины необходимы микроорганизмам для регулирования биохимических процессов и образования ферментов. С другой стороны, некоторые бактерии, дрожжи, актиномицеты в определенных условиях могут сами накапливать в среде значительные количества витаминов. Известны виды микроорганизмов, синтезирующие в больших количествах витамины B₁, B₂ — Многие актиномицеты и бактерии, имеющие красную, розовую, оранжевую, желтую окраски, образуют предшественников витамина А — каротины. Пропионовые бактерии, актиномицеты, метанобактерии синтезируют и выделяют в окружающую среду витамин B₁₂.

В связи с высокой стоимостью промышленного производства витаминов из натуральных продуктов (моркови, лимонов, печени крупного рогатого скота и др.), сложностями химического синтеза в настоящее время развивается производство витаминов микробиологическим путем. Он экономически более выгоден. Витамин B12получают только микробиологическим путем; витамин В2и р-каротины — микробиологическим, и химическим способами.