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. 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.

Экологические группы	Продуценты	Редуценты Консументы
Тип питания:	автотрофный	гетеротрофный
фотосинтез	абсорбция	Переваривание
Тип строения	Эукариоты тканевые Эукариоты одноклеточные и многоклеточные	Растения   Водоросли	Грибы	Животные   Простейшие
Прокариоты преимущественно одноклеточные	Бактерии Риккетсии, микоплазмы

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.

Признаки	Эукариоты	Прокариоты
Ядро: мембрана хромосомы ядрышко митоз	двойная >1 + +	- - -
Признаки	Эукариоты	Прокариоты
Мембранные структуры: эндоплазматический ретикулум комплекс Гольджи лизосомы митохондрии хлоропласты   циклоз жгутики	+   + + + + (у водорослей) + сложной структуры (2´9)+2	-   - - - -   - простые
Фиксация азота	-	+
Анаэробное дыхание с неорганическими екцкпторами углеводов	-	+
Хемосинтез	-	+

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 бактерийиграют 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 грибов. 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.

Грибы размножаются бесполым (конидиями и спорами) и половым путем (образование различных половых структур – зигоспор, сумок или базидий). Грибы относятся к плейоморфным организмам, то есть один вид может иметь несколько стадий развития, которые различаются морфологически, функционально и проходят в разных местообитаниях или со сменой хозяев. Бесполое размножение осуществляется многими путями. Грибница может вырасти из любого обрывка мицелия; воздушные гифы мицелия могут рассыпаться на отдельные клетки, которые затем прорастают и образуют каждая новый мицелий.

Распространен и бесполый способ размножения грибов – спорообразование, когда споры образуются в специальных вздутиях на концах воздушных гиф, в этом случае они называются эндоспорами. Споры могут образовываться и наружным способом на особых гифах - конидиеносцах. Эти споры являются экзоспорами и называются конидиями. При созревании оболочка разрывается, споры высыпаются и в благоприятных условиях прорастают в новый мицелий.

При половом размножении грибов перед образованием спор сливаются две клетки, имеющие в ядре одинарный набор хромосом – гаплоидные клетки, образуя диплоидную клетку. Далее у разных классов грибов процесс идет по-разному. У одних образуется клетка, покрытая толстой оболочкой – зигота, которая после периода покоя прорастает в новый мицелий. У других образуется многоклеточное плодовое тело, внутри него развиваются сумки со спорами, которые после созревания высыпаются и прорастают в мицелий.

Грибы распространены повсеместно в природе и там, где есть хотя бы следы органических веществ. Все грибы – аэробные организмы, за исключением обитателей рубца жвачных животных. Среди грибов есть паразиты, симбиотрофы, хищники, сапрофиты, возбудители опасных болезней человека, животных и растений. Они могут быть причиной пищевых отравлений. Грибы синтезируют и выделяют во внешнюю среду разнообразные гидролитические ферменты, расщепляющие любые органические субстраты.

2. Классификация грибов. Грибы делят на 5 классов, в основном по особенностям размножения.

1 класс – архимицеты (Archimycetes) объединяет наиболее примитивные организмы, у которых мицелия нет или он слабо развит. Бесполое размножение осуществляется подвижными зооспорами. Большинство архимицетов являются внутриклеточными паразитами растений. Примером может быть гриб, вызывающий заболевание капусты «черная ножка» или рак картофеля.

2 класс – фикомицеты (Phycomycetes) объединяет грибы с хорошо развитым мицелием, почти у всех организмов несептированным. Размножаются половым и бесполым путем. Среди представителей этого класса широко распространены мукоровые грибы или головчатая плесень (род Mucor), обитающие в почве и на различных пищевых продуктах. Мукор имеет хорошо развитый мицелий. От воздушного мицелия отходят плодоносящие гифы-спорангиеносцы, заканчивающиеся шаровидным спорангием¸ в котором развиваются тысячи спор. Плесень имеет вид серовато-белого, очень густого пушка. При просмотре головчатой плесени под микроскопом или под лупой в чашке Петри обнаруживаются спорангии, возвышающиеся над общей массой мицелия в виде головок. Многие из грибов данного класса способны к спиртовому или окислительному брожению, некоторые используются в промышленности для производства органических кислот и спирта.

3 класс – аскомицеты (Ascomycetes) - или сумчатые грибы. В этом классе имеются паразиты культурных растений, возбудители порчи пищевых продуктов и грибы, используемые в промышленности. Мицелий аскомицетов многоклеточный, бесполое размножение осуществляется конидиями, половое – спорами, которые образуются в сумках (асках). К аскомицетам относятся распространенные плесневые грибы родов Aspergillus и Penicillium.

Aspergillus – широко распространенная булавовидная плесень, в отличие от других многоклеточных плесеней имеет несептированный, очень длинный конидиеносец, который в верхней части заканчивается булавовидным утолщением. От него радиально во все стороны отходят клеточные выросты – стеригмы. От стеригм отшнуровываются конидии, которые располагаются цепочками. Под микроскопом конидиеносец со стеригмами и конидиями напоминает вид садовойй лейки в момент. Когда из нее выливается вода. Поэтому плесень этого рода называют леечной. Молодые конидии имеют светло-зеленую окраску, затем они темнеют и становятся серо-зелеными и серо-бурыми. Aspergillus часто развивается в сырых помещениях завода, в ёмкостях и таре на остатках продукта.

Penicillium – зеленая кистевидная плесень, в начале развития окраска белая, затем серо-зеленая и, наконец, серо-бурая. Плесени имеют многоклеточный мицелийи конидиеносец. На конце конидиеносца образуется по нескольку клеточных выростов (стеригм), а на них круглые одноклет очные конидии. Плодовое тело (конидиеносец со стеригмами и конидиями) при среднем увеличении микроскопа напоминает кисть руки. Плесень эта распространена повсюду и при наличии влаги появляется на всех пищевых продуктах. Отдельные виды применяются для изготовления лечебного препарата – пенициллина и плесневых сыров.

4 класс – базидиомицеты (Basidiomycetes) объединяет грибы с ветвистым септированным мицелием, размножающиеся половым и бесполым путем. По строению базидий грибы разделяют на 2 группы:

1. Имеющие одноклеточные базидии, к этой группе принадлежат шляпочные грибы (в пищу употребляют плодовые тела), трутовики.

2. Имеющие многоклеточные базидии – паразитические грибы, поражающие растения. Головневые грибы поражают зерновые культуры, вызывая головню; ржавчинные грибы поражают различные культурные растения.

5 класс – грибы несовершенные (дейтеромицеты, Fungi imperfecti) – многоклеточные грибы, которые размножаются только конидиями (бесполое размножение). Многие из них вызывают плесневение пищевых продуктов, некоторые являются паразитами культур. Молочная плесень (Oidium lactis) в виде бархатистой пленки встречается на поверхности квашеных овощей и кисломолочных продуктов, прессованных дрожжах, масле, сыре. Oidium lactis не имеет плодоношения. Несовершенные конидии (оидии) образуются в результате распада концевых нитей воздушного мицелия и представляют собой прямоугольные или овальные клетки, образующие белый пигмент.

3. Дрожжи – одноклеточные грибы, не образующие мицелия, в основном относящиеся к классу сумчатых грибов – аскомицетов, но есть отдельные представители в классе базидиомицетов. В природе дрожжи распространены повсеместно, где есть сахаросодержащие жидкости (на плодах, ягодах, листьях растений). Дрожжи имеют огромное значение в пищевой промышленности, так как они способны сбраживать сахар в спирт и углекислый газ.

Форма дрожжевых клеток чаще всего овальная, округлая или эллиптическая. Размножаться они могут бесполым, так и половым путем. Бесполое (вегетативное) размножение осуществляется почкованием, при этом на материнской клетке появляется бугорок – почка, которая постепенно растет и, наконец, отделяется при помощи перетяжки – отшнуровывается. В дочернюю клетку переходит часть ядра, цитоплазмы и других клеточных структур.

При половом размножении первой стадией процесса является образование спор в клетке. При этом ядро делится на части, соответствующие количеству будущих аскоспор (от 2 до 8 шт.), каждая часть окружается цитоплазмой и покрывается оболочкой. При достижении зрелости они высыпаются из сумки и могут размножаться почкованием, образуя ослабленное гаплоидное поколение. При слиянии 2-х гаплоидных аскоспор образуется диплоидная зигота, которая, прорастая, дает поколение жизнеспособных диплоидных клеток. Это свойство дрожжей используют при искусственной гибридизации в промышленности. При этом преимущественно разводят диплоидные или полиплоидные расы дрожжей.

В основу классификации дрожжей положены способы размножения и ряд физиологических признаков. Порядок одноклеточные грибы (дрожжи) включает 3 семейства:

1. Сахаромицетациа (Saccharomycetaceae) – клетки размножаются почкованием. К этому семейству относится род Saccharomyces, имеющий наибольшее техническое значение и еще 16 родов. Различие между родами состоит в форме спор и способе их образования и прорастания.

2. Шизосахаромицетациа (Scizosaccharomycetaceae) – клетки размножаются делением, все аэробы.

3. Сахаромикодацеа (Sacchoromycodacea) – клетки размножаются почкованием, которое заканчивается делением.