Генетика микроорганизмов

Введение в микробиологию

Предмет микробиологии и задачи курса. Понятие о микроорганизмах. Краткий исторический очерк развития микробиологии. Роль микроорганизмов в круговороте веществ в природе.

Перспективы развития и достижения современной микробиологии в народном хозяйстве, в пищевой промышленности.

Вопросы для самопроверки

1. Охарактеризуйте морфологический период развития микробиологии.

1. Каков вклад отечественных ученых в развитие микробиологии?

2. Что изучает микробиология?

3. Какие открытия принадлежат Луи Пастеру?

4. Какой ученый предложил использовать для выделения чистых культур микроорганизмов плотные питательные среды?

5. Что такое микроорганизмы и каковы их общие свойства, определяющие их распространенность в природе, на пищевых продуктах?

6. Какие группы микроорганизмов наиболее важны в пищевой промышленности, в практике переработки и хранения сырья и пищевых продуктов?

Основная литература

1. 1. Мудрецова-Висс К.А. Микробиология. - М.: Экономика, 1985.

Дополнительная литература

2. Гусев М.К., Минеева Л.А. Микробиология. - М.: Изд-во МГУ, 1978.

3. Воробьева Л.И. Техническая микробиология. - М.: Изд-во МГУ,1987.

4. Жвирблянская А.Ю., Бакушинская О.А. Микробиология в пищевой промышленности. - М.: Пищевая промышленность, 1975.

3. 1.2 Систематика и морфология микроорганизмов

Принципы систематики микроорганизмов. Общая характеристика основных групп микроорганизмов. Понятие о таксономии.

Прокариоты. Основные формы бактерий, их размеры. Современные представления о строении и химическом составе компонентов прокариотической клетки. Спорообразование, движение, размножение бактерий. Классификация прокариот Берги, Мюррея.

Эукариоты. Микроскопические грибы, их особенности. Строение мицелия и грибной гифы. Способы размножения грибов (вегетативный, бесполый, половой). Классификация грибов. Характеристика наиболее важных представителей различных классов грибов.

Дрожжи. Формы и размеры дрожжевых клеток. Строение дрожжевой клетки. Способы размножения дрожжей (почкование, деление, почкующееся деление, спорообразование). Понятие о расах дрожжей. Классификация дрожжей.

Вирусы и фаги. Отличительные признаки вирусов. Строение и размеры вирусов и фагов, их химический состав. Классификация вирусов. Репродукция вирусов. Бактериофаги. Развитие вирулентного и умеренного фагов. Понятие о лизогенной культуре. Распространение и роль вирусов и фагов в природе, в пищевой промышленности.

Вопросы для самопроверки

Какие цели преследует систематики?

Как присваиваются названия микроорганизмам?

Каковы различия в организации прокариотической и эукариотической клетки?

Каковы основные формы клеток у бактерий?

Как осуществляется движение у бактерий?

Каковы функции и химическое строение отдельных компонентов прокариотической клетки (капсулы, клеточной стенки, цитоплазматической мембраны, рибосом, нуклеоида)?

Как протекает процесс спорообразования у бактерий?

Все ли бактерии способны к спорообразованию?

Какие признаки используются при определении вида бактерий?

Каково строение микроскопических грибов?

Как размножаются бактерии, грибы, дрожжи?

Какие признаки учитываются при классификации грибов и каковы характерные признаки каждого класса?

Приведите примеры грибов разных классов, вызывающих порчу продуктов питания или используемых в пищевой промышленности.

Каково строение дрожжевой клетки?

Какие структурные компоненты эукариотической клетки Вы знаете и каковы их функции?

Какие признаки положены в основу классификации спорогенных дрожжей по Кудрявцеву?

К какому семейству, роду относятся большинство “культурных” дрожжей, применяемых в пищевой промышленности?

Каково значение дрожжей в народном хозяйстве?

Перечислите свойства вирусов.

Что такое вирусы и фаги? Каково их строение?

Чем отличаются вирулентные и умеренные фаги?

Что такое “лизогенная культура”?

Каково значение вирусов и фагов в природе, в пищевой промышленности?

Основная литература

4. Мудрецова-Висс К.А. Микробиология. - М.: Экономика, 1985.

5. Чеботарев Л.Н., Богданова Л.В., Лузина Н.И. Техническая микробиология. Уч. пособие.- Кемерово: Изд-во КузПИ, 1986.

Дополнительная литература

1. 1.Гусев М.К., Минеева Л.А. Микробиология. - М.: Изд-во МГУ, 1978.

2. 2.Воробьева Л.И. Техническая микробиология. - М.: Изд-во МГУ,1987.

3. 3.Шлегель Г. Общая микробиология.- М.: Мир, 1987.

1.3 Физиология микроорганизмов

Понятие об обмене веществ у микроорганизмов: конструктивный и энергетический обмен. Взаимосвязь конструктивного и энергетического обмена.

Химический состав микробной клетки.

Питание микроорганизмов. Голозойный и голофитный способы питания живых существ. Типы питания микроорганизмов в зависимости от отношения микроорганизмов к источникам углерода, энергии, доноров электронов. Механизмы поступления питательных веществ в клетку (простая диффузия, облегченная диффузия, активный транспорт).

Энергетический метаболизм. Понятие о фототрофных и хемотрофных микроорганизмах. Способы получения энергии аэробными и анаэробными микроорганизмами. Деление микроорганизмов на группы в зависимости от отношения их к кислороду. Суммарные уравнения процессов дыхания и брожения. Типы фосфорилирования. Макроэргические соединения. Энергетическая ценность процессов дыхания и брожения.

Ферменты микроорганизмов. Химическая природа, свойства ферментов и их классификация. Влияние различных условий среды на активность ферментов. Использование микробных ферментов в пищевой промышленности. Микробиологическое получение ферментных препаратов. Характеристика микроорганизмов, используемых для получения ферментов.

Культивирование микроорганизмов. Основные типы питательных сред. Понятие о чистых и накопительных культурах микроорганизмов. Способы культивирования. Закономерности роста статической и непрерывной культуры. Рост непрерывной культуры в хемостате и турбидостате.

Вопросы для самопроверки

Что такое конструктивный обмен?

Что такое “внеклеточное пищеварение”?

Какие способы питания живых существ Вам известны?

Каков химический состав клеток микроорганизмов?

Что такое “органогенные элементы”, “макроэлементы”, “микроэлементы”? Привести примеры.

Каковы механизмы поступления питательных веществ в клетку?

Охарактеризовать типы углеродного питания

В чем сущность автотрофного питания?

Какие формы энергии могут быть использованы автотрофными микроорганизмами в процессе ассимиляции СО₂?

В чем сущность гетеротрофного питания микроорганизмов?

Каково отличие между сапрофитами и паразитами?

Что такое ростовые вещества и какое значение они имеют для развития микроорганизмов?

Охарактеризовать основные фазы роста микроорганизмов в периодической культуре.

Что понимается под культивированием микроорганизмов?

Что такое периодическая культура?

Дать определение накопительной культуре.

Что такое непрерывная культура?

Каким образом осуществляется культивирование микроорганизмов непрерывным способом?

В чем сущность энергетического метаболизма у гетеротрофных микроорганизмов?

Что такое фосфорилирование и какие типы фосфорилирования Вы знаете?

Что такое брожение?

Какие типы брожения Вы знаете?

Что такое дыхание и неполное окисление?

В чем сущность получения энергии у аэробов?

Приведите суммарное химическое уравнение процесса дыхания.

Какова роль макроэргических соединений в клетке?

Какие группы микробных ферментов используются в пищевой промышленности?

Как получают ферменты микробного происхождения?

Назовите известные Вам микроорганизмы - продуценты ферментных препаратов?

Чем отличаются микробные экзо- и эндоферменты?

Основная литература

1.Мудрецова-Висс К.А. Микробиология. - М.: Экономика, 1985.

2.Чеботарев Л.Н., Богданова Л.В., Лузина Н.И. Техническая микробиология. Уч. пособие.- Кемерово: Изд-во КузПИ, 1986.

Дополнительная литература

1. Гусев М.К., Минеева Л.А. Микробиология. - М.: Изд-во МГУ, 1978.

2. Воробьева Л.И. Техническая микробиология. - М.: Изд-во МГУ,1987.

3. Шлегель Г. Общая микробиология.- М.: Мир, 1987.

4. Жвирблянская А.Ю., Бакушинская О.А. Микробиология в пищевой промышленности. - М.: Пищевая промышленность, 1975.

6. 1.4 Влияние условий среды на микроорганизмы

Взаимосвязь между организмом и средой.

Физические факторы. Влияние температуры. Психрофильные, мезофильные и термофильные микроорганизмы. Использование высоких и низких температур для консервирования пищевых продуктов. Стерилизация и пастеризация. Холодильное хранение пищевых продуктов.

Влияние различных форм лучистой энергии, ультразвука. Использование этих факторов для обработки пищевых продуктов.

Физико-химические факторы.

Влияние влажности среды и ее значение при развитии микроорганизмов на сухих продуктах.

Влияние концентрации среды на микроорганизмы. Осмофильные и галофильные микроорганизмы и их роль в процессе порчи пищевых продуктов.

Химические факторы. Влияние концентрации водородных ионов (рН) и окислительно-восстановительного потенциала среды на микроорганизмы.

Влияние химических веществ. Понятие о дезинфекции и асептике, дезинфицирующих и антисептических веществах. Использование в пищевой промышленности.

Биологические факторы. Взаимоотношения между организмами: ассоциативные и антагонистические формы симбиоза. Антибиотики и фитонциды, перспективы их использования с целью удлинения сроков хранения пищевых продуктов.

Вопросы для самопроверки

1. Каково влияние концентрации веществ среды на микроорганизмы?

2. Что такое осмофилы и галофилы?

3. Что понимается под терминами “плазмолиз”, плазмоптис”?

4. Как влияет влажность среды на развитие микроорганизмов - возбудителей порчи сушеных продуктов при хранении?

5. Что называется стерилизацией и пастеризацией и каково их практическое использование?

6. Что такое оптимальная температура?

7. На какие группы делятся микроорганизмы по отношению к температуре?

8. Как влияют низкие температуры на вегетативные клетки и споры бактерий в процессе хранения пищевых продуктов?

9. Каков механизм губительного действия высоких температур на микроорганизмы?

10. Чем обусловлена высокая термоустойчивость спор бактерий по сравнению с вегетативными клетками?

11. Как влияет рН среды на биохимическую активность микробов?

12. Каков механизм губительного действия на микроорганизмы ультрафиолетовых лучей, радиоактивных излучений, ультразвука?

13. Что такое антисептики? Можно ли их использовать для удлинения сроков хранения скоропортящихся пищевых продуктов?

14. Что такое метабиоз, синергизм, антагонизм, паразитизм?

15. Что такое антибиотики, фитонциды? Каково их практическое применение?

16. Какое микробиологическое обоснование можно дать хранению продуктов в квашенном и маринованном виде?

17. Каковы микробиологические основы хранения пищевых продуктов в охлажденном и замороженном виде?

Основная литература

7. 1. Мудрецова-Висс К.А. Микробиология. - М.: Экономика, 1985.

Дополнительная литература

1. Гусев М.К., Минеева Л.А. Микробиология. - М.: Изд-во МГУ, 1978.

2. Воробьева Л.И. Техническая микробиология. - М.: Изд-во МГУ,1987.

3. Шлегель Г. Общая микробиология.- М.: Мир, 1987.

4. Жвирблянская А.Ю., Бакушинская О.А. Микробиология в пищевой промышленности. - М.: Пищевая промышленность, 1975.

Генетика микроорганизмов

Генетика как наука. Понятие о наследственности и изменчивости. Генотип и фенотип микроорганизмов. Формы изменчивости микроорганизмов. Практическое значение изменчивости микроорганизмов.

Вопросы для самопроверки

1. Что такое генетика? Каково ее определение как науки?

2. Дайте определение наследственности и изменчивости?

3. Что такое “ген”, “генотип”, “фенотип” ?

4. Чем характеризуются мутации?

5. Чем индуцированные мутации отличаются от спонтанных?

6. Как осуществляются комбинативные изменения (рекомбинации) у микроорганизмов?

7. Что такое “адаптация”, “модификация”?

8. В чем существенное отличие фенотипических изменений от генотипических?

9. Какими путями проводят селекцию микроорганизмов для получения высокоактивных штаммов продуктов?

10. Что такое генная инженерия?

11. Каково практическое значение учения и наследственности и изменчивости?

Основная литература

1.Асонов Н.Р. Микробиология. – 3 изд., перераб. и доп. – М.: Колос, 1997. – 352 с.

2.Бекер М.Е., Лиепиныш Г.К., Райпулис Е.П. Биотехнология. – М.: Агропромиздат, 1990. – 334 с.

Дополнительная литература

1.Мудрецова –Висс К.А., Кудряшова А.А., Дедюхина В.П. Микробиология, санитария и гигиена. – М.: Деловая литература, 2001. – 378 с.

2.Сидоров М.А., Корнелаева Р.П. Микробиология мяса и мясопродуктов. – М.: Колос, 1998. – 240 с.

1.6 Важнейшие биохимические процессы, вызываемые микроорганизмами

Спиртовое брожение. Возбудитель брожения, условия и химизм брожения. Промышленное использование и значение в процессах порчи пищевых продуктов.

Молочнокислое брожение: гомоферментативное и гетероферментативное. Возбудители брожения, условия и химизм брожения. Промышленное использование. Роль молочнокислых бактерий в прокисании вин, пива, молока.

Маслянокислое брожение. Возбудители, условия и химизм брожения. Промышленное значение. Роль маслянокислых бактерий в процессах порчи пищевых продуктов.

Пропионовокислое брожение, возбудители. Роль пропионовокислых бактерий в процессе созревания сыра.

Уксуснокислое брожение. Возбудители, условия и химизм брожения. Использование при производстве пищевого уксуса. Уксуснокислые бактерии - возбудители порчи пищевых продуктов.

Образование органических кислот плесневыми грибами. Лимоннокислое брожение и его промышленное использование.

Разложение микроорганизмами жиров, жирных кислот, пектиновых веществ и клетчатки. Возбудители этих процессов и их значение.

Гнилостные процессы. Возбудители, условия и химизм разложения белков. Значение гнилостных процессов в природе и в процессах порчи пищевых продуктов.

Вопросы для самопроверки

Что такое спиртовое брожение?

Какие микроорганизмы вызывают спиртовое брожение?

Какое химическое соединение является акцептором ионов водорода в спиртовом брожении?

Каким путем можно в процессе спиртового брожения повысить выход глицерина?

Где находит применение спиртовое брожение?

Перечислить условия протекания спиртового брожения.

Что такое гомоферментативное молочнокислое брожение?

Какими характерными признаками отличаются возбудители гомоферментативного молочнокислого брожения?

Дать определение гомоферментативного молочнокислого брожения.

Какие виды гомоферментативных молочнокислых бактерий Вы знаете?

Каково практическое использование молочнокислых бактерий в пищевой промышленности?

Что такое пропионовокислое брожение и какие микроорганизмы его вызывают?

В чем состоит маслянокислое брожение и каковы его возбудители?

Какова роль маслянокислых бактерий в процессах порчи пищевых продуктов?

Что такое “окислительное” брожение? Какие виды “окислительных” брожений Вы знаете?

Что такое гниение?

Как протекают гнилостные процессы в аэробных и анаэробных условиях?

Каково значение гнилостных процессов в природе и в процессах порчи пищевых продуктов?

Основная литература

1. Мудрецова-Висс К.А. Микробиология. - М.: Экономика, 1985.

2. Чеботарев Л.Н., Богданова Л.В., Лузина Н.И. Техническая микробиология. Уч. пособие.- Кемерово: Изд-во КузПИ, 1986.

Дополнительная литература

1. Шлегель Г. Общая микробиология.- М.: Мир, 1987.

2. Гусев М.В., Минеева Л.А. Микробиология. - М.: Мир, 1987.

1.7 Пищевые заболевания

Характеристика пищевых заболеваний.

Инфекции. Понятие о патогенных (болезнетворных) микроорганизмах. Токсины и их природа. Источники и пути передачи инфекции. Факторы, определяющие развитие инфекционного процесса. Виды пищевых и кишечных инфекций и их возбудители. Понятие об иммунитете.

Пищевые отравления: интоксикация и токсикоинфекция. Понятие об условно-патогенных микроорганизмах. Виды пищевых отравлений и их возбудители.

Профилактические мероприятия по борьбе с пищевыми заболеваниями.

Понятие о санитарно-показательных микроорганизмах.

Санитарная оценка пищевых продуктов по микробиологическим показателям. Бактерии группы кишечной палочки – санитарно-показательные микроорганизмы.

Вопросы для самопроверки

1. Что такое патогенные микроорганизмы и каковы их свойства?

2. Перечислить свойства патогенных микроорганизмов.

3. Что такое токсины и какова их химическая природа?

4. В чем отличие патогенных микроорганизмов от условно-патогенных?

5. Дать определение условно-патогенным микроорганизмам.

6. Что такое инфекция? Каковы источники и пути передачи инфекции?

7. Что такое иммунитет? Какие известны формы иммунитета?

8. Что такое вакцины и сыворотки?

9. Какие различия между пищевыми инфекциями и отравлениями?

10. Что такое условно-патогенные микроорганизмы?

11. Какие микроорганизмы являются возбудителями токсикоинфекций?

12. Какие пищевые инфекции Вы знаете?

13. Какие кишечные инфекции Вы знаете?

14. Что такое “бациллоносительство” и какова их роль в распространении кишечных инфекций?

15. Какие санитарно-профилактические мероприятия направлены на предупреждение пищевых заболеваний?

16. Каково значение микробиологического контроля в профилактике пищевых заболеваний?

17. Что такое санитарно-показательные микроорганизмы и какие требования к ним предъявляются? Какое значение они имеют при санитарной оценке пищевых продуктов?

18. Что такое “общая бактериальная обремененность? Как определяется эти микробиологический показатель?

Основная литература

1. Мудрецова-Висс К.А. Микробиология. - М.: Экономика, 1985.

2. Вербина Н.М., Каптерева Ю.В. Микробиология пищевых производств.- М.: Агропромиздат, 1988.

Дополнительная литература

1.Будагян Ф.Е. Пищевые токсикозы. Токсикоинфекции и их профилактика.- М.: Медицина, 1972.

2.Санитарная микробиология (под редакцией С.Я.. Любашенко).- М.: Пищевая промышленность, 1980

3. Жвирблянская А.Ю, Бакушинская О.А. Основы микробиологии, санитарии и гигиены в пищевой промышленности.- М.: Пищевая промышленность, 1983.

4. Лузина Н.И., Богданова Л.В., Чеботарев Л.Н. Техническая микробиология пищевых производств.- Кемерово: изд-во КузПИ, 1989.

1.8 Распространение микроорганизмов в природе

Микрофлора воздуха и ее происхождение. Значение степени загрязнения воздуха микроорганизмами в местах изготовления, переработки и хранения пищевых продуктов. Методы очистки воздуха от микроорганизмов. Санитарная оценка воздуха по микробиологическим показателям.

Микрофлора почвы. Почва как источник инфицирования микроорганизмами пищевого сырья и продуктов его переработки.

Микрофлора воды. Оценка качества питьевой воды по микробиологическим показателям. Методы очистки питьевой воды.

Вопросы для самопроверки

1. Какие микроорганизмы входят в состав микрофлоры воздуха?

2. Какие способы дезинфекции воздуха Вы знаете?

3. Какие санитарно-гигиенические требования предъявляются к воздуху на пищевых предприятиях?

4. Каков состав микрофлоры почвы?

5. Что такое “коли-титр” и “коли-индекс” воды?

6. Какие способы очистки сточных вод Вы знаете?

7. Какие микробиологические показатели определяют при санитарно-гигиенической оценке качества воды?

8. Какова роль почвы в инфицировании пищевых продуктов?

Основная литература

1. Мудрецова-Висс К.А. Микробиология. - М.: Экономика, 1985.

2. Вербина Н.М., Каптерева Ю.В. Микробиология пищевых производств.- М.: Агропромиздат, 1988.

Дополнительная литература

1.Жвирблянская А.Ю, Бакушинская О.А. Основы микробиологии, санитарии и гигиены в пищевой промышленности.- М.: Пищевая промышленность, 1983.

2.Лузина Н.И., Богданова Л.В., Чеботарев Л.Н. Техническая микробиология пищевых производств. -Кемерово: изд-во КузПИ, 1989.

1.9 Специальная микробиология

1.9.1 Микробиология пивоваренного производства

Характеристика дрожжей, используемых в пивоварении. Физиологические свойства и условия жизнедеятельности дрожжей.

Разведение чистой культуры дрожжей в пивоваренном производстве.

Дрожжи в период главного брожения и дображивания пива.

Производственные засевные дрожжи. Очистка и активация засевных дрожжей перед задачей в производство.

Микроорганизмы – вредители пивоваренного производства.

Микробиологический контроль и санитарно-гигиенический режим пивоваренного производства.

i. Микробиология спиртового производства

Микрофлора сырья в производстве спирта.

Характеристика полезной микрофлоры в спиртовом производстве. Разведение чистой культуры дрожжей и молочнокислых бактерий в спиртовом производстве.

Микробиологический контроль в спиртовом производстве.

ii. Микробиология виноделия

Характеристика дрожжей, используемых в виноделии.

Микроорганизмы – вредители производства вина. Болезни вин и их возбудители. Предупреждение заболеваний вин и борьба с инфекцией в виноделии.

Микробиологический контроль в виноделии.

iii. М

iv.

v. Микробиология безалкогольных напитков и кваса

Микроорганизмы – используемые в производстве кваса.

Микроорганизмы – вредители производства кваса и безалкогольных напитков. Источники инфицирования в производстве кваса и безалкогольных напитков.

Микробиологический контроль производства кваса и безалкогольных напитков.

Вопросы для самопроверки

1. Какие микроорганизмы являются вредителями производства кваса и безалкогольных напитков?

2. В какие взаимоотношения вступают дрожжи и молочно-кислые бактерии в производстве кваса?

3. Перечислите требования, предъявляемые к винным дрожжам.

4. Какие мероприятия направлены на предупреждение заболеваний вин?

5. Какие микроорганизмы являются вредителями производства вина?

6. Как предотвратить уксуснокислое скисание вин?

7. В каких случаях и каким образом осуществляется исправление (лечение) вин?

8. Какие микроорганизмы, вносимые с сырьем, являются наиболее опасными для спиртового производства?

9. Какие требования предъявляются к дрожжам в спиртовом производстве?

10.Почему сбраживание сусла (затора) в спиртовом производстве проводят при температуре ниже оптимальной?

11.Как осуществляется разведение чистой культуры дрожжей в спиртовом производстве?

12.Какие дрожжи используются в пивоварении?

13.Какое значение при приготовлении пива имеет способность дрожжей к флокуляции?

14.Что такое “чистая культура” дрожжей?

15.Как получают лабораторную и производственную закваску чистой культуры дрожжей в пивоваренном производстве?

16.Какие дрожжи называются засевными производственными дрожжами?

17.Перечислите основные источники инфицирования в пивоварении.

18.Каким образом определяется биологическая стойкость сусла, молодого и готового пива?

19.Какие микроорганизмы – вредители пивоваренного производства Вам известны?

20.Какие микробиологические показатели определяют в готовом пиве?

Основная литература

1. 1.Жвирблянская А.Ю., Бакушинская О.А. Микробиология в пищевой промышленности. - М.: Пищевая промышленность, 1975

2. 2.Слюсаренко Т.П., Решетняк Л.Р. Основы микробиологии, гигиены и санитарии пивоваренного и безалкогольного производства. –М.: Агропромиздат, 1989.

3. 3.Лузина Н.И., Богданова Л.В., Чеботарев Л.Н. Техническая микробиология пищевых производств. Частные курсы. -Учебное пособие. – Кемерово, 1989.

4. Слюсаренко Т.П. Лабораторный практикум по микробиологии пищевых производств.- М.: Агропромиздат, 1984.

Дополнительная литература

1. Берри Д. Биология дрожжей.- М.: Мир, 1985.

2. Жвирблянская А.Ю., Исаева В.С. Дрожжи в пивоварении. –М.: Пищевая промышленность, 1979.

3. Вербина , Каптерева Ю.В. Микробиология пищевых производств.-М.: Агропромиздат, 1988

2 Контрольные задания и вопросы к зачету

В процессе изучения теоретического курса студент выполняет две контрольных работы, задания к которым выбираются по первой букве фамилии и последней цифре шифра зачетной книжки в таблицах 1 и 2. Студенты, обучающиеся по ускоренной программе, выполняют одну контрольную работу из таблицы 3.

Контрольная работа №1

Таблица 1