1. Предмет і завдання мікробіології Мікробіологія (від грец. Mikros - малий,
bios -
життя, logos - вчення) вивчає будову, життєдіяльність, закономірності та умови розвитку найдрібніших організмів, використання їх корисних властивостей і усунення шкідливих.
Розрізняють: загальну (вивчає основні закономірності розвитку і життєдіяльності
мікробів та їх роль у природі; є основою для інших напрямів), медичну (вивчає патогенні для людини
мікроби, розробляє методи профілактики, діагностики та лікування хвороб),
ветеринарну, сільськогосподарську (вивчає роль мікробів у грунтоутворювального
процесах, збільшення родючості грунту і т.д.), технічну (вивчає наукові основи використання дії мікробів у промисловості з метою створення корисних продуктів, розроблення методів запобігання різного сировини від псування), водну (вивчає мікрофлору різних водойм, питної води, роль мікробів при очищенні стічних вод),
екологічну та ін мікробіології.
Об'єктами дослідження є
бактерії (бактеріологія),
віруси (вірусологія),
гриби (мікологія),
водорості (альгологія) і т.д.
Завдання: 1) отримання високоактивних штамів; 2) вивчення закономірностей змішаного культивування (ZB отримання біопалива,
очищення стічних вод, отримання
антибіотиків і
вітамінів); 3) захист високоактивних штамів від
бактеріофагів, 4) розробка методів збереження високопродуктивних штамів
мікроорганізмів (морозильна (-270
о), сушка, пересівання).
2. Основні етапи розвитку мікробіології 1) Відкриття в 1676 р.
Антонієм ван Левенгуком; виготовлення лінз, що збільшують в 200-300 разів. У книзі «Таємниці природи, відкриті Антонієм Левенгуком» описав і замалював багато мікроорганізмів, виявлені в різних настоях, в колодязній воді, на м'ясі та ін об'єктах. Відкриття Левенгука викликали інтерес вчених, але слабкий
розвиток у XVII і XVIII ст. промисловості і с / г, що панує в науці
схоластичне напрямок перешкоджали розвитку природних наук Þ довгий час
наука про
мікроби носила
описовий характер. Важливе
принципове значення мають маловідомі
роботи М.М. Тереховського (дисертація 1775 р.),
він вивчав вплив на мікроби охолодження і нагрівання, дії різних хім. речовин, він вважав, що мікроби являють собою особливу групу живих істот, які не здатні спонтанно зароджуватися.
2) Прогрес промисловості в XIX ст., Що викликав розвиток техніки і різних галузей природознавства, зумовив розвиток мікробіології, зросла її практичне значення.
Мікробіологія стала
дослідної наукою, що вивчає роль «загадкових» організмів у природі та житті людини. З'явилися більш досконалі
мікроскопи.
Луї Пастер (1822-1895) показав, що мікроби розрізняються не тільки зовнішнім виглядом, але і
характером життєдіяльності, вони викликають різноманітні хімічні
перетворення в субстратах, на яких розвиваються; він вивчав різні види
бродіння (спиртове, маслянокислое), довів
існування анаеробних організмів, довів, що життя може відбутися тільки від іншого життя.
Значним внеском у мікробіологію з'явилися дослідження німецького вченого
Роберта Коха (1843-1910). Їм були введені в практику щільні
живильні середовища для вирощування мікробів; це дозволило розробити методи виділення (ізолювання) мікробів в «чисті культури», тобто
культури кожного виду окремо, що розвинулися в одній клітці. Вивчав збудників сибірської
виразки,
туберкульозу, холери та інших заразних хвороб; ввів методи забарвлення мікробів аніліновими барвниками. У 1905 - нобелівська премія.
Л.С. Ценковський (1822-1877) вивчав генетичні зв'язки протистов, нижчих
водоростей, слизових грибів і бактерій за тваринами і рослинами. Він вперше в Росії виготовив і застосував на практиці вакцину проти сибірської виразки овець.
І.І. Мечников (1845-1916) розробив фагоцитарну теорію
імунітету - несприйнятливості організму до заразних хвороб. Йому належить ідея використання антагоністичних відносин між мікробами, що лягло в основу сучасного вчення про
антибіотики; з ним пов'язаний розвиток мікробіології в Росії, він організував першу в Росії бактеріологічну лабораторію (в Одесі). У 1903 - нобелівська премія.
Н.Ф. Гамалія (1859-1949) вивчав питання медичної мікробіології; відкрив станцію зі щеплень проти сказу; описав явище бактеріофагів.
3)
Еколого-фізіологічний напрям. С.М. Виноградський (1856-1953) відкрив
процес нітрифікації - окислювання амонійного азоту до азотної кислоти за участю особливої групи бактерій, ці бактерії не потребують для свого росту в готових органічних сполуках; вони асимілюють CO
2 без участі хлорофілу і сонячної
енергії (хемосинтез). Відкрив явище фіксації
атмосферного азоту анаеробними бактеріями; знайдені бактерії анаеробного розкладання пектинових речовин. Відкрив новий вид життя хемолітоавтотрофний: СО
2-джерело вуглецю; Fe, S, H
2 - джерело енергії. Разом з
Мартіном Бейеринком (1851-1931) відкрили метод елективних середовищ (середовища підходять тільки для одного виду мікробів, а для ін немає). Бейеринком відкрив бульбочкові бактерії. Вони вивчали мікроби в природних умовах, в основному в грунті.
Д.І. Іванівський в 1892 р. відкрив віруси (вірус тютюнової мозаїки).
4)
Біохімічне напрямок. А. Клюйер (1888-1956); К. ван Ніль. Принцип біохімічного єдності життя: а) єдність конструктивних
процесів; б) єдність
енергетичних процесів; в) єдність збереження і передачі генетичної інформації.
3. Загальна характеристика мікроорганізмів I.
Роль: 1)
Кругообіг біогенних елементів (
кругообіг в-в у природі C, N, O, H, CO
2, P, S), 2) Санітари
планети (розкладання відмерлих організмів, звільняє середовище від токсичних в-в H
2 S, CH
4 та ін) 3) Геохімічні
процеси (формування родовищ нафти, Сu, залізовмісних руд, сірки, фосфоритів).
Місце: Мікроби розрізняються за способом живлення: С-гетеротрофних (орг. в-ва), С-автотрофний ( неорг. в-ва). Е. Геккель (1866 р.): царство
Найпростіші (
найпростіші): 1) вищі (
гриби, мікроводорості), 2) нижчі (
синьо-зелені водорості, бактерії); Р. Станнер, К. ван Ніль: поділ на прокаріотів (нижчі - одна внутрішня порожнину); еукаріот (вищі - багато порожнин, органели у клітині). Віттекера (1969 р.) monera (прокаріоти - 3,5 млрд. років) Þ Protista (найпростіші - 900 млн. років) Þ 1) рослини (фототрофні -
харчування за допомогою
фотосинтезу), 2)
тварини (фагоцитарне - харчування твердими частинками орг. в-ва); 3)
гриби (осмотрофное - харчування готовими розчиненими орг. в-вами).
II.
Св-ва: 1)
мікроскопічні розміри (1 мкм) - в 1г бактеріальної маси - 10
12 Бакта. клітин; 2) Швидкий
обмін в-в через цитоплазматичну мембрану. Правило Рубмера:
енергетичний обмін клітини пропорційний
поверхні клітини, а не об'ємом. 3) Загальні
методи дослідження та культивування (мікроскопічні методи).
III.
Види та розміри Групи
| Розміри
|
Еукаріоти Прстейшіе Мікроводорості Гриби Дріжджі
| 100-300 10-100 5-10 мкм 3-5 * 10
|
Прокаріоти Бактерії
| 0,1-5 мкм
|
Неклітинний. Будова Віруси Бактеріофаги
| 20-300 нм 20-300 нм
|
Молекула білка Діаметр
| 3-13 нм 0,1 нм
|
IV.
Распространенме: Можуть займати будь-які
екологічні ніші, не пов'язані з ареалом:
грунт,
вода, повітря.
4. Будова клітин прокаріотів і еукаріотів; архебактерии Ознака
| Прокаріот
| Еукаріот
|
Розміри
| <5 мкм
| > 5 мкм
|
Ядро
| Необмежена мембрана всередині клітини; нуклеотид
| Істинне ядро; ядерного в-ва більше
|
Хромосома
| 1
| > 1
|
Мітохондрії (сілов. Станції)
| немає
| є
|
Хлоропласти
| немає
| є
|
Ендоплазмат. мережа
| немає
| є
|
Апарат Гольджі Розподіл клітин
| немає амітоз (пряме)
| є метоз
|
Статевий процес
| Рідко; часто геном може проникати в іншу клітку
| метоз
|
Рибосоми (синтез білка)
| 70S - одиниця Сведберг
| 80S
|
Метаболізм (обмін в-в)
| Дихання: аеробне, анаеробне, фотосинтез: 3 типи, бродіння
| М.муніфіцірован (дихання, оксигенного фотосинтез)
|
Архебактерії не відносяться ні до прокариотам, ні до еукаріотів: немає муреінового шару: інший спосіб фіксації вуглекислоти (ZB метанобразующие, галобактеріі, сероокісляющіе, серовосстанавлівающіе бактерії).
7. Гриби. Fungi (лат.); Mices (грец.) Поширення; повсюдно, спори грибів зустрічаються в будь-яких екосистемах. Грунтові, водні, паразити тварин, людини, рослин. Найбільшу кількість грибів зустрічається в грунті. Здатні
розкладати біополімери, харчуються продуктами їх гідролізу, тому виконують дуже велику роботу в биохим. Циклі, особливо С, по мінералізації орг. в-в.
Цитологія: еукаріоти, мають спільні риси і з рослинами і з тваринами (є вакуолі, не здатні до руху, але є гетеротрофами, тому що немає хлорофілу).
Склад клітинної стінки: хітин,
целюлоза.
Морфологія форма клітин - ниткоподібна (гіфи, в сукупності утворюють міцелій). Гіфи бувають вегетативні і плодоносні. Міцелій може бути як з перегородками, так і без них (одноклітинний і багатоклітинний). Товщина 5-50 мкм.
Розмноження: 1) вегетативне (верхівковий ріст або обривками міцелію), 2) безстатеве (Спори утворюються на плодоносних гіфах (конидиеносца). Спороношення - важливий таксономічний ознака. Суперечки можуть бути ендоспори (у більш примітивних) і екзоспори) . 3) Статеве (спорообразования передує статевий процес, в якості органу
розмноження у багатоклітинних утворюються базидії зі спорами або сумки зі спорами; в одноклітинних - зигота (зігоспора))
8. Класифікація грибів, значення 1)
Архіміцети - найбільш примітивні,
мікроскопічних розмірів; зародковий міцелій чи ні міцелію;
тіло являє собою голий грудочку протоплазми, який покривається оболонкою в
процесі перетворення в спорангій; розмножуються безстатевим шляхом, за допомогою рухомих
суперечка - зооспор, що розвиваються в спорангіях. Є внутрішньоклітинними паразитами нижчих і вищих рослин. ZB Ольпідіум Olpidium brassicae; Сінхітріум Synchytrium endobioticum.
2)
Фікоміцети - це добре розвинений одноклітинний, багатоядерний міцелій; безстатеве
розмноження прісходіт за допомогою нерухомих спорангіеспор або рухомих зооспор, при статевому процесі утворюється зигота. ZB Фітофтора Phytophthora infenstans; мукор Mucor; Різопус Rhizopus /
3)
Аскомікотові гриби - сумчасті гриби, міцелій багатоклітинний, складається з багатоядерних клітин. Безстатевим шляхом розмножуються за допомогою конідій; при статевому процесі утворюються аскоспори в сумках (асках). Голосумчатие - не утворюють плодові тіла ZB ендоміцес Enlomyces. Плодосумчатие - утворюють плодові тіла ZB пеніцілліум Penicillium; аспергілловие Aspergillus niger, awamori.
4)
Базидіоміцети - безстатеве розмноження рідко; основними органами розмноження є базидії з базидиоспор. Одноклітинні базидії: базидії розвиваються шарами на плодових тілах ZB шапинкових, трутовики, будинкові гриби. Багатоклітинні базидії - більшість не має плодових тіл; ZB сажкові гриби; іржавинних гриби. Є основною масою їстівних грибів р. Boletus, Гливи, печериці - немікарідние, не потребують в
симбіозі з вищими рослинами, можуть вирощуватися на екстрактах.
5)
Недосконалі гриби - багатоклітинні гриби, статеве раз0множеніе не виявлено; більшість розмножується конідіями, деякі утворюють оідіі, інші здатні до брунькування або не мають спеціальних органів розмноження. ZB фузаріум, ботритис, оїдіум та ін
Застосування: 1)
екологічне (цикл С), 2) негативна роль: багато гриби викликають біоруйнування, виділяючи екзоферментів (
гума,
деревина), 3)
біотехнологічне: отримання орг. к-т, антибіотиків, сирів,
ферментів.
9. Дріжджі Одноклітинні, нерухомі орг-ми: (3-5) * (8-10) мкм; форма округла, овально-яйцеподібна, еліпсоїдальних, рідко циліндрична або лімонообразная; вона може змінюватися в залежності від умов середовища. Дріжджі відносяться до грибів, але істинного міцелію не дають, у деяких є псевдоміцелій.
Розмноження: вегетативне (брунькування) і статеве.
Поширення: у грунті, на плодах і листках рослин.
Представники та застосування: Saccharomyces cerevisiae - в пр-ве спирту, в пивоварінні, квасоваріння, хлібопеченні; vini - у виноробстві; lactis - спиртове бродіння в кисломолочних продуктах; Candida - «кормові дріжджі», утворюють плівки на спиртних напоях, на пов-ти квашених овочів, в бродильних апаратах; Torulopsis kefirii - пр-во кумису і кефіру, «кормові дріжджі».
10. Будова клітини еукаріотів Цитоплазма - колоїдний розчин амінокислот,
вуглеводів, мінеральних солей у воді (50-60% об'єму клітини); в'язкість перевищує в'язкість води в 800 разів;
Мітохондрії явл. «Силовими станціями» клітини;
Рибосоми - органели, в яких відбувається синтез білка;
Лізосоми містять
ферменти, розщеплюють чужі біополімери, обов'язково оточені мембраною (автолізу - самопереварювання клітини, коли клітина стара: руйнуються мембрани);
Апарат Гольджі -
упаковка непотрібних в-в і
транспорт їх з клітини через мембрану;
Ендоплазматична мережа зв'язує ядро з
рибосомами, це складна сис-ма взаємопов'язаних каналів, які пронизують всю товщу клітин (гладка, шорстка - пов'язана з рибосомами). Клітина являє собою сис-му з 2
х змішуються між собою фаз: водної (цитоплазма з усіма переходами) та мембранної сис-мій (щодо рідка, липопротеиновой фаза, яка пронизує всю цитоплазму).
11. Будова клітини прокаріотів Цитоплазма напіврідка, в'язка, колоїдна
маса, до неї входять
білки, нуклеїнові к-ти, ліпіди, вода;
Цитоплазматична мембрана має напівпроникливості, багата ліпідами і
ферментами;
Рибосоми - синтез білка;
мезосоми -
енергетичні процеси: окислення орг. в-в, синтез енергозапасающіх в-в (АТФ); різні включення, що є запасними поживними в-вами (глікоген, волютину);
Ядро відсутня, але є велика кількість ядерного в-ва, зокрема дезоксирибонуклеїнової к-ти (
ДНК );
Слизовий чохол (
полісахариди) - необов'язковий компонент клітини, захищає від висихання, від мех-ого ушкодження, д-ия хім. агентів і лікарських в-в;
Клітинна стінка (також необов'язкова) складається з муреінового комплексу (глікопептиди).
12. Бактерії Головним чином одноклітинні, іноді утворюють нитки і колонії; відносяться до рослинного світу, але не мають хлорофілу.
Морфологія: 1) Кулясті - коки (мікрококи, диплококи, тетракоккі, стрептококи, сарацини
стафілококи), 2) паличкоподібні - циліндричні (одиночні, діплобактеріі, стрептобактеріі), 3) покручені - вигнуті (вібріони, спірили, спірохети); Деякі бактерії змінюють форму в зав-ти від стадії розвитку - плеоморфізм.
Розмноження: шляхом поділу клітини навпіл, при цьому в середній частині клітини утворюється перегородка, яка, розщеплюючись, поділяє клітину на 2 нові.
Спороутворення служить для перенесення несприятливих умов; спору покрита спец. в-вом: діпікаліновой к-тій, всі в-во згущається в центрі і займає об'єм в 10 разів менше, ніж обсяг самої клітини, в
суперечці мало води, білок знаходиться в спец. стані, спору може витримати знаходження в H
2 SO
4. У сприятливих умовах спори набухають внаслідок поглинання води і проростають у вегетативні клітини, відбувається розчинення або розрив зовнішньої оболонки і молода бактерія виходить назовні.
Способи руху 1) Джгутики - спірально звиті тонкі білкові нитки, здатні скорочуватися: а) монотріхі - 1 джгутик, б) лофотрихи - пучком, в) перитрихи - на всій пов-ти тіла, 2) Ковзання (по твердому або напівтвердої екстракту) - є спец. шар білка, який може скорочуватися за типом хвилі, що біжить (з виділенням слизу або без неї), 3) Таксис - спрямований рух бактерій: а) хемотаксису - у бік необхідних піт в-в, б) фототаксис - до світла, в) аеротаксіси - до кисню (у аеробних бактерій).
13. Грампозитивні та грамнегативні бактерії За будовою кліть. стінки та утримання глікопептид бактерії діляться на грам + та грам - (забезпечуються)
Властивості
| Грам +
| Грам-
|
Глікопептиди Тейхоєвих к-ти Фотосинтез Ковзання Спороутворення Міцелевий зростання Чувсвітельность до антибіотиків
| +80% + - - + + +
| + 8-20 - + + - - -
|
14. Класифікація бактерій ВидÞродÞсемействоÞпорядокÞкласс. Сущ.
природна (тільки створюється в даний час) і штучна класифікація; використовується морфо-фізіологічний метод: 1)
морфологічні ознаки (розмір, форма, забарвлення ...), 2)
фізіологічні ознаки (тип харчування ставлення до t
o, O
2, pH, потреба до факторів росту - вітаміни), 3)
культуральні ознаки (видно неозброєним оком при посіві на різні середовища), 4) генетичні ((А + Т) / (Г + Ц) *
100%), 5) гібридизація ДНК, 6) Будова 16S -РНК (невеликі відрізки РНК). Визначник бактерій Берджі: за
морфологічним і
фізіологічним ознаками, всього 35 груп бактерій, вони поділяються на 4 основні категорії: 1) Грам - еубактеріі, що мають клітинні стінки, 2) Грам + -''-; 3) еубактерій, позбавлені клітинних стінок, 4 ) Архебактерії.
Застосування: 1) Стародавнє пр-во харчових продуктів і напоїв, 2) антибіотики і стероїдні препарати, 3) отримання позаклітинних
полісахаридів (для
переливання крові) Lenconosta mesentraids, 4) отримання вітамінів «С» Gluconodacter oxydans; «В» Propioni bacterium, 5) розчинники (ацетон, бутанол,
спирт, орг. к-ти), 6)
матеріали (мастила Xanthomonas) 7) вилуговування металів з бідних руд Thiobacillus ferrooxidans), 8) в с / г пр-во добрив, боротьба з шкідниками, 9)
енергетика, 10) зброджування різних відходів, 11)
отримання біогазу (СН
4 і Н
2), 12) отримання мікробних біосенсеров і біочіпів, 13) охорона окр. Середовища -
переробка відходів, біодеградація ксенобіотиків.
15. Віруси Група мікробів, що не мають клітинної структури, відсутні ядро, цитоплазма і оболонка; відкриті в 1892 р. Д.І. Івановським. Розміри дуже маленькі, проходили в бактеріальні фільтри, видно тільки в електронний
мікроскоп, розмір між дрібної бактерією і великої білковою молекулою.
Ознаки: 1) аблігатние паразити (не можуть рости на штучному середовищі), 2) не мають клітинної будови (позаклітинна форма життя) , 3) відсутність власного обміну в-в (немає власних ферментів), 4) найдрібніші розміри (20-300 нм). Дрібна частка вірусу зв. віруоном, у вигляді них віруси переносяться в орг-ми. Хім.
склад - нуклеопротеїд (ДНК або РНК, оточена білковою оболонкою).
Розмноження включає: 1) прикріплення вірусних частинок до клітини
господаря, 2) проникнення вірусу всередину клітини, 3) внутрішньоклітинне розмноження вірусу, 4)
вихід частинок вірусу з клітини. Форма: сферична, кубічна, паличкоподібна. 1) in vivo, 2) метод культивування в курячому бульйоні (з 30-х рр..), 3) культивування в клітинах (in vitro) - клітини беруть з ембріональних тканин, 4) культивування з пухлинних (самий передовий метод) Þ створення противірусних вакцин.