Курс лекций: Основные направления микробиологического знания

ЛЕКЦИИ

по дисциплина МИКРОБИОЛОГИЯ

Лекция 1 Микробиология в пищевой промышленности. Проблемы систематики в микробиологии

Вопросы

1. Проблемы систематики в микробиологии

2. Различия в строении клеток прокариотов и эукариотов. Прокариоты

3. Размеры, форма и сочетание клеток бактерий

4. Размножение, подвижность и классификация прокариот

1. Проблемы систематики в микробиологии

Микробиология - это наука о микроорганизмах, изучающая их морфологию, систематику, физиологические особенности, условия жизнедеятельности, роль в природе и жизни человека. Микробиологи разрабатывают способы использования полезных микробов в пищевой промышленности, а также средства и методы борьбы с микроорганизмами - вредителями производств и возбудителями заболеваний. Микроорганизмы обнаруживаются только при помощи микроскопа. Современные микроскопы увеличивают объект в 750 000 раз.

В настоящее время установившимся считается представление о существовании двух форм жизни, отраженных в клеточной организации прокариотического и эукариотического типа.

Царства живой природы

2. Различия в строении клеток эукариот и прокариот

Прокариоты имеют мелкие просто устроенные клетки с единственной мембраной - клеточной. В них отсутствуют органеллы, имеющие обычно мембранную структуру (митохондрии, эндоплазматическая сеть). Мембраны служат полупроницаемой перегородкой, через которую свободно проходят молекулы воды и не проходят большинство простых электролитов. В мембране сосредоточены дыхательные и фосфорилирующие ферменты и ферменты, участвующие в синтезе клеточной оболочки.

Также у прокариот имеется ядерная зона - единичная плотно скрученная двуспиральная молекула ДНК. Эта нитевидная молекула выполняет функцию ядра и располагается в центральной зоне клетки, носящей название нуклеоида. Рибосомы - место синтеза белка. Запасающие гранулы - в них откладываются запасные питательные вещества (крахмал, гликоген). Цитозоль - в нем содержится большинство ферментов, промежуточные продукты метаболизма и неорганические соли.

Различия клеток эукариот и прокариот

Прокариотическая клетка имеет прочную, сохраняющую постоянную форму (регидную) клеточную стенку, состоящую из нескольких слоев. Основной каркасный слой, ответственный за прочность, формируется из особого вещества - муреина, который относится к пептидогликанам. В группе истинных прокариот различают 2 главных типа строения клеточной стенки. У одних это толстый слой муреина, с которым связаны полисахариды. У других муреиновый слой тонкий и сверху перекрыт дополнительными слоями липопротеидов, липополисахаридов и белков.

Эти 2 типа соответствуют грамположительным и грамотрицательным бактериям. Названия групп происходят от способности и неспособности разных бактерий окрашиваться по Граму. Эмпирически найденные различия между 2-мя группами бактерий в отношении окраски по Граму оказались коррелятивно связаны со многими другими признаками.

3. Размеры, форма и сочетания клеток бактерий

Известно около 4000 видов бактерий. Величина клеток различных бактерий сильно варьирует, средний размер колеблется от 0,5 - 10 мкм. Самые крупные бактерии в длину достигают 500 мкм, а мельчайшие (микоплазмы) - 0,1 - 0,2 мкм.

Клетки значительной части бактерий имеют сферическую, цилиндрическую или спиралевидную форму. Существует обширная группа ветвящихся бактерий, а также нитчатые формы.

Сферические бактерии - под микроскопом имеют форму шара, их называют кокки. Кокки, делящиеся в одной плоскости и в одном направлении, могут образовывать пары (диплококки) или цепочки (стрептококки) клеток. Когда деление происходит равномерно в 2-х взаимно перпендикулярных плоскостях, возникают группы из 4-х клеток - тетракокки, а если в 3-х взаимно перпендикулярных плоскостях, то образуются пакеты правильной формы - сарцины. При неравномерном делении в нескольких плоскостях образуются скопления, напоминающие гроздья винограда - стафилококки.

Цилиндрические (палочковидные) бактерии - под микроскопом имеют вид палочек, наиболее многочисленная группа бактерий. Концы палочек могут быть прямыми, округлыми или заостренными. Палочковидные бактерии нередко образуют пары или цепочки клеток.

Спиралевидные (извитые) бактерии бывают 3-х типов: вибрионы, спириллы, спирохеты. Вибрионы выглядят как слегка изогнутые палочки, похожие на запятую. Спириллы похожи на латинскую букву S или на штопор (имеют несколько спиральных завитков). Спирохеты имеют вид тонких спиралевидных клеток с многочисленными завитками и петлями.

Нитчатые бактерии - это сравнительно небольшая группа многоклеточных организмов. Они представляют собой цепочки из цилиндрических или овальных клеток. Они относятся к крупным микроорганизмам, длина нитей может достигать 40 - 300 мкм.

Ветвящиеся бактерии. К этой группе относятся актиномицеты, имеющие разветвленный мицелий, сохраняющийся на начальных стадиях, а затем распадающийся на палочковидные или палочковидные или сферические фрагменты.

4. Размножение клеток

Большинство бактерий размножаются путем бинарного поперечного изоморфного деления. Клетки основной массы бактерий делятся в одной плоскости. Некоторые бактерии размножаются почкованием (Pseudomonas). У бактерий известны и более сложные способы размножения: нитчатые цианобактерии некоторых родов размножаются с помощью специальных репродуктивных одиночных подвижных клеток, которые образуются в результате многократного деления концевых клеток нити.

Актиномицеты размножаются главным образом подвижными или неподвижными спорами (конидиями). Существует немало бактерий, которые могут размножаться несколькими способами.

Подвижность. Способностью к движению обладает примерно 1/5 часть бактерий. Подвижность большинства из них обусловлена наличием жгутиков, которые берут начало под цитоплазматической мембраной, через поры мембраны и клеточной стенки выходят наружу. различают следующие типы жгутикования у бактерий:

1) монотрихиальное

2) лофотрихиальное

3) латеральное

4) амфитрихиальное

5) перитрихиальное

6) смешанное

У бактерий могут существовать покоящиеся формы, которые позволяют им пережить неблагоприятные условия внешней среды. К ним относят эндоспоры, цисты, акинеты.

Эндоспоры. Спорообразование начинается, если создаются такие условия как дефицит питательных веществ в среде, накопление продуктов метаболизма, изменение кислотности среды, температуры и др. внутри вегетативной клетки образуется новая клетка - эндоспора, отличающаяся от материнской по структуре, химическому составу и физиологическим признакам.

Эндоспоры покрыты толстыми многослойными труднопроницаемыми покровами и имеют очень низкое содержание воды, могут быть округлой, овальной, эллипсовидной формы. В каждой вегетативной клетке формируется только одна эндоспора. Когда спора локализуется в центре клетки, такой тип называется бациллярный. У ряда бактерий середина клетки при формировании споры немного расширяется и клетка приобретает вид веретена - клостридиальный тип. У некоторых бактерий клетка сильно расширяется и округляется на одном конце, становясь похожей на барабанную палочку - плекстридиальный тип спорообразования. Эндоспоры - это не обязательная стадия развития бактерий.

Цисты обнаруживаются у микобактерий, риккетсий. Их образование обычно происходит на поздних стадиях развития бактерий и связано с неблагоприятными условиями. Цисты бывают сферическими, овальными, неправильно округлыми или в виде сильно укороченных палочек. Они крупнее вегетативных клеток, имеют утолщенную клеточную стенку и уплотненную цитоплазму. Цисты по устойчивости уступают эндоспорам.

Акинеты свойственны определенным видам нитчатых бактерий. Это крупные толстостенные клетки, возникающие или из одной вегетативной клетки или путем слияния многих клеток. У некоторых видов акинеты являются обязательной стадией развития.

Современные методы классификации бактерий играют роль диагностических ключей или определителей, которыми пользуются для идентификации микроорганизмов. Выделяют 4 отдела, которые определены в царство прокариот.

1. Грацилекуты - бактерии, имеющие грамотрицательный тип клеточной стенки, не образуют эндоспор. Бывают и подвижными и неподвижными. Грацилекуты размножаются бинарным делением или почкованием. К ним относятся спириллы, азотобактерии, псевдомонады, среди них есть паразиты, аэробы, анаэробы.

2. Фирмикуты - бактерии, имеющие грамположительный тип клеточной стенки, размножаются бинарным делением или спорами. Бывают подвижные и неподвижные, спорообразные и неспорообразные. Среди них нет внутриклеточных паразитов и мало патогенных форм. К этому отделу относятся сахаролитические (сбраживающие простые углеводы) бактерии; бактерии, разлагающие белки и вызывающие гниение; бактерии, окисляющие органические кислоты. Сюда же входит группа актиномицетов, которые отличаются от других микроорганизмов способностью образовывать ветвящиеся гифы и развиваются в мицелий. Актиномицеты отличаются способом размножения (с помощью спор), они участвуют в разложении органических соединений. Многие виды выделяют антибиотики, которые используют для борьбы с бактериальными и вирусными заболеваниями.

3. Тенерикуты - грамотрицательные микроорганизмы, не имеющие регидной клеточной стенки, не синтезируют муреин, с тонкой плазменной мембраной. Размножаются почкованием, фрагментацией и бинарным делением. Это микоплазмы, которые могут быть паразитами и возбудителями болезней.

4. Мендозикуты - бактерии с несовершенной клеточной стенкой, в которой не содержится муреина, эндоспор не образуют, имеют неопределенную форму. Чаще всего встречаются в экстремальных условиях внешней среды (сероокисляющие, серовосстанавливающие бактерии, галабактерии).

Лекция 2 Эукариоты. Вирусы

Вопросы

1. Морфология, строение, размножение эукариотных микроорганизмов

2. Классификация грибов

3. Строение, размножение, форма клеток и классификация дрожжей

4. Строение, размножение и классификация вирусов. Бактериофаги

1. Морфология, строение, размножение эукариотных микроорганизмов

Низшими эукариотными одноклеточными и мицелиальными организмами являются грибы, которые относятся к царству Mycota. Разрастаясь на поверхности или в глубине субстрата, грибы соприкасаются с ним клеточной оболочкой, через которую они выделяют во внешнюю среду ферменты и поглощают питательные вещества абсорбтивным путем. Грибы, являясь более древними организмами, чем растения и животные, имеют признаки, характерные для одного и другого царства.

Признаки грибов, сходные с растениями: полярность клетки, неограниченный верхушечный рост, наличие ригидной клеточной стенки, вакуолей, поперечных перегородок, способность к синтезу витаминов. Общие с животными признаки: отсутствие хлорофилла, гетеротрофные тип питания, наличие в клеточной стенке хитина, а не целлюлозы, образование мочевины в процессе азотного обмена, синтез запасных углеводов в форме гликогена, сходная первичная структура дыхательных ферментов и транспортных РНК.

Специфические признаки и свойства, характерные только для членов царства Mycota: мицелиальная структура вегетативного тела, сложные ядерные циклы, многоядерность. Основная вегетативная структура грибов - гифа, совокупность гиф образует мицелий, или грибницу. Гифы имеют нитевидное строение и, переплетаясь, образуют ложную ткань, из которой строится основа плодовых тел. Гифы бывают без перегородок или могут иметь поперечные перегородки - септы с простыми или сложными отверстиями - порами. Грибы с несептированными гифами называют низшими, с септированными - высшими. Среди септированных есть и одноклеточные формы - дрожжи, и многоклеточные.