1. Предмет и задачи микробиологии
Микробиология (от греч. mikros – малый, bios – жизнь, logos – учение)
изучает строение, жизнедеятельность, закономерности и условия развития
мельчайших организмов, использование их полезных свойств и устранение
вредных. Различают: общую (изучает основные закономерности развития и
жизнедеятельности микробов и их роль в природе; является основой для
других направлений), медицинскую (изучает патогенные для человека
микробы, разрабатывает методы профилактики, диагностики и лечения
болезней), ветеринарную, сельскохозяйственную (изучает роль микробов в
почвообразовательных процессах, увеличение плодородия почвы и т.д.),
техническую (изучает научные основы использования действия микробов в
промышленности с целью создания полезных продуктов, разрабатывание
методов предохранения различного сырья от порчи), водную (изучает
микрофлору различных водоемов, питьевой воды, роль микробов при очистке
сточных вод), экологическую и др. микробиологии. Объектами исследования
являются бактерии (бактериология), вирусы (вирусология), грибы
(микология), водоросли (альгология) и т.д. Задачи: 1) получение
высокоактивных штаммов; 2) изучение закономерностей смешанного
культивирования (Z.B. получение биотоплива, очистка сточных вод,
получение антибиотиков и витаминов); 3) защита высокоактивных штаммов от
бактериофагов; 4) разработка методов сохранения высокопродуктивных
штаммов микроорганизмов (морозильная (-270о), сушка, пересев).
2. Основные этапы развития микробиологии
1) Открытие в 1676 г. Антонием ван Левенгуком; изготовление линз,
увеличивающих в 200–300 раз. В книге «Тайны природы, открытые Антонием
Левенгуком» описал и зарисовал многие микроорганизмы, обнаруженные в
различных настоях, в колодезной воде, на мясе и др. объектах. Открытие
Левенгука вызвали интерес ученых, но слабое развитие в XVII и XVIII вв.
промышленности и с/х, господствующее в науке схоластическое направление
препятствовали развитию естественных наук долгое время наука о микробах
носила описательный характер. Важное принципиальное значение имеют
малоизвестные работы М.М. Тереховского (диссертация 1775 г.), он изучал
влияние на микробы охлаждения и нагревания, действия различных хим.
веществ; он считал, что микробы представляют собой особую группу живых
существ, которые не способны самопроизвольно зарождаться.
2) Прогресс промышленности в XIX в., вызвавший развитие техники и
различных отраслей естествознания, обусловил развитие микробиологии,
возросло ее практическое значение. Микробиология стала опытной наукой,
изучающей роль «загадочных» организмов в природе и жизни человека.
Появились более совершенные микроскопы. Луи Пастер (1822–1895) показал,
что микробы различаются не только внешним видом, но и характером
жизнедеятельности; они вызывают разнообразные химические превращения в
субстратах, на которых развиваются; он изучал различные виды брожения
(спиртовое, маслянокислое), доказал существование анаэробных организмов,
доказал, что жизнь может произойти только от другой жизни.
Значительным вкладом в микробиологию явились исследования немецкого
ученого Роберта Коха (1843–1910). Им были введены в практику плотные
питательные среды для выращивания микробов; это позволило разработать
методы выделения (изолирования) микробов в «чистые культуры», т.е.
культуры каждого вида в отдельности, развившиеся в одной клетке. Изучал
возбудителей сибирской язвы, туберкулеза, холеры и др. заразных
болезней; ввел методы окраски микробов анилиновыми красителями. В 1905 –
нобелевская премия.
Л.С. Ценковский (1822–1877) изучал генетические связи протистов, низших
водорослей, слизистых грибов и бактерий с животными и растениями. Он
впервые в России изготовил и применил на практике вакцину против
сибирской язвы овец.
И.И. Мечников (1845–1916) разработал фагоцитарную теорию иммунитета –
невосприимчивости организма к заразным болезням. Ему принадлежит идея
использования антагонистических отношений между микробами, что легло в
основу современного учения об антибиотиках; с ним связано развитие
микробиологии в России; он организовал первую в России
бактериологическую лабораторию (в Одессе). В 1903 – нобелевская премия.
Н.Ф. Гамалея (1859–1949) изучал вопросы медицинской микробиологии;
открыл станцию по прививкам против бешенства; описал явление
бактериофагов.
3) Эколого-физиологическое направление. С.Н. Виноградский (1856–1953)
открыл процесс нитрификации – окисление аммонийного азота до азотной
кислоты при участии особой группы бактерий, эти бактерии не нуждаются
для своего роста в готовых органических соединениях; они ассимилируют
CO2 без участия хлорофилла и солнечной энергии (хемосинтез). Открыл
явление фиксации атмосферного азота анаэробными бактериями; найдены
бактерии анаэробного разложения пектиновых веществ. Открыл новый вид
жизни хемолитоавтотрофный: СО2-источник углерода; Fe, S, H2- источник
энергии. Вместе с Мартином Бейеринком (1851–1931) открыли метод
элективных сред (среды подходят только для одного вида микробов, а для
др. нет). Бейеринк открыл клубеньковые бактерии. Они изучали микробы в
природных условиях, в основном в почве. Д.И. Ивановский в 1892 г. открыл
вирусы (вирус табачной мозаики).
4) Биохимическое направление. А. Клюйер (1888–1956); К. ван Ниль.
Принцип биохимического единства жизни: а) единство конструктивных
процессов; б) единство энергетических процессов; в) единство хранения и
передачи генетической информации.
3. Общая характеристика микроорганизмов
I. Роль: 1) Круговорот биогенных элементов (круговорот в-в в природе C,
N, O, H, CO2, P, S); 2) Санитары планеты (разложение отмерших
организмов, освобождает среду от токсичных в-в H2S, CH4 и др.) 3)
Геохимические процессы (формирования месторождений нефти, Сu,
железосодержащих руд, серы, фосфоритов). Место: Микробы различаются по
способу питания: С-гетеротрофный (орг. в-ва), С-автотрофный (неорг.
в-ва). Э. Геккель (1866 г.): царство протисты (простейшие): 1) высшие
(грибы, микроводоросли), 2) низшие (синезеленые водоросли, бактерии);
Р. Станнер, К. ван Ниль: деление на прокариот (низшие – одна внутренняя
полость); эукариот (высшие – много полостей, органеллы в клетке).
Виттекер (1969 г.) monera (прокариоты – 3,5 млрд. лет) Protista
(простейшие – 900 млн. лет) 1) растения (фототрофное – питание
посредством фотосинтеза); 2) животные (фагоцитарное – питание твердыми
частицами орг. в-ва); 3) грибы (осмотрофное – питание готовыми
растворенными орг. в-вами).
II. Св-ва: 1) микроскопические размеры (1 мкм) – в 1г бактериальной
массы – 1012 бакт. клеток; 2) Быстрый обмен в-в через цитоплазматическую
мембрану. Правило Рубмера: энергетический обмен клетки пропорционален
поверхности клетки, а не объему. 3) Общие методы исследования и
культивирования (микроскопические методы).
III. Виды и размеры
ГруппыРазмерыЭукариоты
Прстейшие
Микроводоросли
Грибы
Дрожжи
100–300
10–100
5–10 мкм
3–5*10Прокариоты
Бактерии
0,1–5 мкмНеклеточн. Строение
Вирусы
Бактериофаги
20–300 нм
20–300 нмМолекула белка
Диаметр3–13 нм
0,1 нм
IV. Распространенме: Могут занимать любые экологические ниши, не связаны
с ареалом: почва, вода, воздух.
4. Строение клеток прокариотов и эукариотов; архебактерии
ПризнакПрокариотЭукариотРазмеры5 мкмЯдроНеограниченная мембрана
внутри клетки; нуклеотидИстинное ядро; ядерного в-ва
большеХромосома1>1Митохондрии (силов.
Станции)нетестьХлоропластынетестьЭндоплазмат. сетьнетестьАппарат Гольджи
Деление клетокнет
амитоз (прямое)есть
метозПоловой процессРедко; часто геном
может проникать
в другую клеткуметозРибосомы (синтез белка)70S – единица
Сведберг80SМетаболизм (обмен в-в)Дыхание: аэробное, анаэробное,
фотосинтез: 3 типа, брожениеМ.мунифицирован (дыхание, оксигенный
фотосинтез)
Архебактерии не относятся ни к прокариотам, ни к эукариотам: нет
муреинового слоя: другой способ фиксации углекислоты (Z.B.
метанобразующие, галобактерии, сероокисляющие, серовосстанавливающие
бактерии).
7. Грибы. Fungi (лат.); Mices (греч.)
Распространение; повсеместно, споры грибов встречаются в любых
экосистемах. Почвенные, водные, паразиты животных, человека, растений.
Наибольшее кол-во грибов встречается в почве. Способны разлагать
биополимеры, питаются продуктами их гидролиза, поэтому выполняют очень
большую работу в биохим. Цикле, особенно С, по минерализации орг. в-в.
Цитология: эукариоты, имеют общие черты и с растениями и с животными
(есть вакуоли, не способны к движению, но являются гетеротрофами, т. к.
нет хлорофилла). Состав клеточной стенки: хитин, целлюлоза. Морфология
форма клеток – нитевидная (гифы, в совокупности образуют мицелий). Гифы
бывают вегетативные и плодоносящие. Мицелий может быть как с
перегородками, так и без них (одноклеточный и многоклеточный). Толщина
5–50 мкм. Размножение: 1) вегетативное (верхушечный рост или обрывками
мицелия); 2) бесполое (Споры образуются на плодоносящих гифах
(конидиеносцах). Спороношение – важный таксономический признак. Споры
могут быть эндоспорами (у более примитивных) и экзоспорами). 3) Половое
(спорообразованию предшествует половой процесс, в качестве органа
размножения у многоклеточных образуются базидии со спорами или сумки со
спорами; у одноклеточных – зигота (зигоспора))
8. Классификация грибов, значение
1) Архимицеты – наиболее примитивные, микроскопических размеров;
зачаточный мицелий или нет мицелия; тело представляет собой голый
комочек протоплазмы, который покрывается оболочкой в процессе
превращения в спорангий; размножаются бесполым путем посредством
подвижных спор – зооспор, развивающихся в спорангие. Являются
внутриклеточными паразитами низших и высших растений. Z.B. Ольпидиум
Olpidium brassicae; Синхитриум Synchytrium endobioticum.
2) Фикомицеты – хорошо развитый одноклеточный, многоядерный мицелий;
бесполое размножение присходит при помощи неподвижных спорангиеспор или
подвижных зооспор, при половом процессе образуется зигота. Z.B.
Фитофтора Phytophthora infenstans; Мукор Mucor; Ризопус Rhizopus/
3) Аскомицеты – сумчатые грибы, мицелий многоклеточный, состоит из
многоядерных клеток. Бесполым путем размножаются при помощи конидий; при
половом процессе образуются аскоспоры в сумках (асках). Голосумчатые –
не образуют плодовые тела Z.B. эндомицес Enlomyces. Плодосумчатые –
образуют плодовые тела Z.B. пенициллиум Penicillium; аспергилловые
Aspergillus niger, awamori.
4) Базидиомицеты – бесполое размножение редко; основными органами
размножения являются базидии с базидиоспорами. Одноклеточные базидии:
базидии развиваются слоями на плодовых телах Z.B. шляпочные, трутовики,
домовые грибы. Многоклеточные базидии – большинство не имеет плодовых
тел; Z.B. головневые грибы; ржавчинные грибы. Являются основной массой
съедобных грибов р. Boletus, Вешенки, шампиньоны – немикаридные, не
нуждаются в симбиозе с высшими растениями, могут выращиваться на
экстрактах.
5) Несовершенные грибы – многоклеточные грибы, половое раз0множение не
обнаружено; большинство размножается конидиями, некоторые образуют
оидии, другие способны к почкованию или не имеют специальных органов
размножения. Z.B. фузариум, ботритис, оидиум и др.
Применение: 1) экологическое (цикл С); 2) отрицательная роль: многие
грибы вызывают биоразрушения, выделяя экзоферменты (резина, древесина),
3) биотехнологическое: получение орг. к-т, антибиотиков, сыров,
ферментов.
9. Дрожжи
Одноклеточные, неподвижные орг-мы: (3–5)*(8–10) мкм; форма округлая,
овально-яйцевидная, эллипсоидальная, редко цилиндрическая или
лимонообразная; она может меняться в зависимости от условий среды.
Дрожжи относятся к грибам, но истинного мицелия не дают, у некоторых
есть псевдомицелий. Размножение: вегетативное (почкование) и половое.
Распространение: в почве, на плодах и листьях растений. Представители и
применение:
Saccharomyces cerevisiae – в пр-ве спирта, в пивоварении, квасоварении,
хлебопечении; vini – в виноделии; lactis – спиртовое брожение в
кисломолочных продуктах; Candida – «кормовые дрожжи», образуют пленки на
спиртных напитках, на пов-ти квашенных овощей, в бродильных аппаратах;
Torulopsis kefirii – пр-во кумыса и кефира, «кормовые дрожжи».
10. Строение клетки эукариотов
Цитоплазма – коллоидный р-р аминокислот, углеводов, минеральных солей в
воде (50–60% объема клетки); вязкость превышает вязкость воды в 800 раз;
Митохондрии явл. «силовыми станциями» клетки; Рибосомы – органеллы, в
которых происходит синтез белка; Лизосомы содержат ферменты, расщепляют
чужие биополимеры, обязательно окружены мембраной (Автолиз –
самопереваривание клетки, когда клетка старая: разрушаются мембраны);
Аппарат Гольджи – упаковка ненужных в-в и транспорт их из клетки через
мембрану; Эндоплазматическая сеть связывает ядро с рибосомами, это
сложная сис-ма взаимосвязанных каналов, пронизывающих всю толщу клеток
(гладкая, шероховатая – связана с рибосомами). Клетка представляет собой
сис-му из 2х несмешивающихся между собой фаз: водной (цитоплазма со
всеми переходами) и мембранной сис-мой (относительно жидкая,
липопротеиновая фаза, которая пронизывает всю цитоплазму).
11. Строение клетки прокариотов
Цитоплазма полужидкая, вязкая, коллоидная масса, в нее входят белки,
нуклеиновые к-ты, липиды, вода; Цитоплазматическая мембрана обладает
полупроницаемостью, богата липидами и ферментами; Рибосомы – синтез
белка; Мезосомы – энергетические процессы: окисление орг. в-в, синтез
энергозапасающих в-в (АТФ); различные включения, являющиеся запасными
питательными в-вами (гликоген, волютин); Ядро отсутствует, но имеется
большое кол-во ядерного в-ва, в частности дезоксирибонуклеиновой к-ты
(ДНК); Слизистый чехол (полисахариды) – необязательный компонент клетки,
предохраняет от высыхания, от мех-ого повреждения, д-ия хим. агентов и
лекарственных в-в; Клеточная стенка (также необязательна) состоит из
муреинового комплекса (гликопептиды).
12. Бактерии
Главным образом одноклеточные, иногда образуют нити и колонии; относятся
к растительному миру, но не имеют хлорофилла. Морфология: 1) Шаровидные
– кокки (микрококки, диплококки, тетракокки, стрептококки, сарацины
стафилококки); 2) Палочковидные – цилиндрические (одиночные,
диплобактерии, стрептобактерии); 3) Извитые – изогнутые (вибрионы,
спириллы, спирохеты); Некоторые бактерии меняют форму в зав-ти от стадии
развития – плеоморфизм. Размножение: путем деления клетки пополам, при
этом в средней части клетки образуется перегородка, которая,
расщепляясь, разделяет клетку на 2 новые. Спорообразование служит для
перенесения неблагоприятных условий; спора покрыта спец. в-вом:
дипикалиновой к-той, все в-во сгущается в центре и занимает объем в 10
раз меньше, чем объем самой клетки, в споре мало воды, белок находится в
спец. состоянии, спора может выдержать нахождение в H2SO4. В
благоприятных условиях споры набухают вследствие поглощения воды и
прорастают в вегетативные клетки, происходит растворение или разрыв
внешней оболочки и молодая бактерия выходит наружу. Способы движения 1)
Жгутики – спирально извитые тонкие белковые нити, способные сокращаться:
а) монотрихи – 1 жгутик, б) лофотрихи – пучком, в) перитрихи – на всей
пов-ти тела; 2) Скольжение (по твердому или полутвердому экстракту) –
имеется спец. слой белка, который может сокращаться по типу бегущей
волны (с выделением слизи или без нее); 3) Таксисы – направленное
движение бактерий: а) хемотаксисы – в сторону необходимых пит в-в; б)
фототаксисы – к свету; в) аэротаксисы – к кислороду (у аэробных
бактерий).
13. Грамположительные и грамотрицательные бактерии
По строению клет. стенки и содержанию гликопептида бактерии делятся на
грам+ и грам – (обеспечиваются)
СвойстваГрам+Грам-Гликопептиды
Тейхоевые к-ты
Фотосинтез
Скольжение
Спорообразование
Мицелевый рост
Чувсвительность
к антибиотикам+80%
+
–
–
+
+
+
+ 8–20
–
+
+
–
–
–
14. Классификация бактерий
Видродсемействопорядоккласс. Сущ. естественная (только создается в
настоящее время) и искусственная классификация; используется
морфо-физиологический метод: 1) морфологические признаки (размер, форма,
окраска…), 2) физиологические признаки (тип питания отношения к to, O2,
pH, потребность к факторам роста – витамины), 3) культуральные признаки
(видно невооруженным глазом при посеве на разные среды), 4) генетические
((А+Т)/(Г+Ц)*100%), 5) гибридизация ДНК, 6) Строение 16SРНК (небольшие
отрезки РНК). Определитель бактерий Берджи: по морфологическим и
физиологическим признакам, всего 35 групп бактерий, они разделяются на 4
основные категории: 1) Грам – эубактерии, имеющие клеточные стенки; 2)
Грам+ –”–; 3) Эубактерии, лишенные клеточных стенок; 4) Архебактерии.
Применение: 1) Древнее пр-во пищевых продуктов и напитков, 2)
антибиотики и стероидные препараты, 3) получение внеклеточных
полисахаридов (для переливания крови) Lenconosta mesentraids, 4)
получение витаминов «С» Gluconodacter oxydans; «В» Propioni bacterium,
5) растворители (ацетон, бутанол, спирт, орг. к-ты), 6) материалы
(смазочные масла Xanthomonas) 7) выщелачивание металлов из бедных руд
Thiobacillus ferrooxidans), 8) в с/х пр-во удобрений, борьба с
вредителями, 9) энергетика, 10) сбраживание различных отходов, 11)
получение биогаза (СН4 и Н2), 12) получение микробных биосенсеров и
биочипов, 13) охрана окр. Среды – переработка отходов, биодеградация
ксенобиотиков.
15. Вирусы
Группа микробов, не имеющих клеточной структуры, отсутствуют ядро,
цитоплазма и оболочка; открыты в 1892 г. Д.И. Ивановским. Размеры очень
маленькие, проходили в бактериальные фильтры, видно только в электронный
микроскоп, размер между мелкой бактерией и крупной белковой молекулой.
Признаки: 1) аблигатные паразиты (не могут расти на искусственной
среде), 2) не имеют клеточного строения (внеклеточная форма жизни), 3)
отсутствие собственного обмена в-в (нет собственных ферментов), 4)
мельчайшие размеры (20–300 нм). Мельчайшая частица вируса наз. вируоном,
в виде них вирусы переносятся в орг-мы. Хим. состав – нуклеопротеид (ДНК
или РНК, окруженная белковой оболочкой). Размножение включает: 1)
прикрепление вирусных частиц к клетке хозяина, 2) проникновение вируса
внутрь клетки, 3) внутриклеточное размножение вируса, 4) выход частиц
вируса из клетки. Форма: сферическая, кубическая, палочковидная. 1) in
vivo, 2) метод культивирования в курином бульоне (с 30-х гг.), 3)
культивирование в клетках (in vitro) – клетки берут из эмбриональных
тканей, 4) культивирование из опухолевых (самый передовой метод)
создание противовирусных вакцин.
Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter
