Тема 1. ВВЕДЕНИЕ В МИКРОБИОЛОГИЮ
Тема 1. ВВЕДЕНИЕ В МИКРОБИОЛОГИЮ
Перспективы развития и достижения современной микробиологии
Благодаря огромным научным достижениям в области микробиологии и смежных биологических дисциплин (молекулярной биологии, генетики, биохимии и др.) появилась реальная возможность сделать микроорганизмы неисчерпаемым источником биологически активных веществ (кормового и пищевого белка, аминокислот, ферментов, витаминов, гормонов, антибиотиков, спиртов, органических кислот, средств защиты растений и др.). Эти продукты микробного синтеза находят широкое применение в различных отраслях народного хозяйства и, в том числе, в пищевой промышленности. Достижения в области технической микробиологии использовались для создания биотехнологии – науки, описывающей и изучающей способы производства важных для человека веществ и продуктов питания с использованием живых клеток. Одним из разделов биотехнологии является генная инженерия, благодаря которой в настоящее время стало возможным конструирование микроорганизмов с нужными (целевыми) свойствами.
Создание электронного микроскопа и разработка новых методов исследования микроорганизмов позволяют изучать их на молекулярном уровне, что в свою очередь дает возможность более глубоко познать свойства микробов, их химическую деятельность, лучше использовать и управлять микробиологическими процессами.
К технической микробиологии относится микробиология пищевых производств, изучающая способы получения пищевых продуктов с использованием микроорганизмов: вина, пива, хлеба, спирта, кисломолочных продуктов, сыров, квашеных овощей и др. Микробиология пищевых производств изучает и нежелательную деятельность посторонних микроорганизмов, что позволяет подавить развитие этих микроорганизмов и получить доброкачественную продукцию. Все крупные отрасли пищевой промышленности имеют научно-исследовательские институты, в которых имеются микробиологические лаборатории. На предприятиях пищевой промышленности функционируют микробиологические лаборатории, контролирующие производства, качество сырья и готовой продукции.
Вопросы для самопроверки
1. Что изучает микробиология?
2. Каковы задачи микробиологии пищевых производств?
3. Назовите объекты исследования пищевой микробиологии.
4. Каковы основные свойства микроорганизмов?
5. Какие периоды в развитии микробиологии Вам известны?
6. Охарактеризуйте морфологический период развития микробиологии.
7. Почему Антоний Ван Левенгук по праву считается основоположником микробиологии?
8. Какие открытия совершил Луи Пастер?
9. Какой ученый установил, что процессы брожения имеют микробиологическую природу и каждый вид брожения обусловлен своим специфическим возбудителем?
10. Когда и кем была предпринята первая попытка систематизации микроорганизмов?
11. Какие разделы микробиологии существуют в настоящее время?
12. Какой вклад в развитие микробиологии внес немецкий ученый Роберт Кох?
13. Какие открытия совершил И.И. Мечников?
14. Каков вклад отечественных ученых в развитие микробиологии?
15. Кто из отечественных ученых является основоположником вирусологии?
16. Какой отечественный ученый признан основоположником почвенной микробиологии?
17. Кем был написан и когда был издан первый учебник по микробиологии в России?
18. Какой ученый открыл явление анаэробиоза?
19. Кто из отечественных ученых разработал теоретические и научные основы консервирования пищевых продуктов?
20. Охарактеризуйте современный период в развитии микробиологии.
21. Каковы перспективы развития современной микробиологии?
Литература
1. Асонов Н.Р. Микробиология. - 3 изд., перераб. и доп. – М.: Колос, 1997. – 352 с.
2. Мудрецова-Висс К.А., Кудряшова А.А., Дедюхина В.П. Микробиология, санитария и гигиена – Владивосток: Изд-во ДВГАЭУ, 1997. – 312 с.
3. Вербина Н.М., Каптерева Ю.В. Микробиология пищевых производств. – М.: Агропромиздат, 1988. – 256 с.
Тема 2. ПРИНЦИПЫ СИСТЕМАТИКИ. СТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ
Вопросы для самопроверки
1. Какие вопросы изучает систематика как наука?
2. Какие задачи ставятся при классификации микроорганизмов?
3. Какие таксономические категории Вам известны?
4. Что такое «номенклатура микроорганизмов»?
5. Как делятся микроорганизмы в зависимости от структуры их клеточной организации?
5. Какие типы клеточной организации Вы знаете?
6. Какие микроорганизмы называются ценоцитными? Приведите примеры таких микроорганизмов.
7. Назовите основные компоненты прокариотической клетки.
8. Чем отличаются грамположительные и грамотрицательные бактерии?
9. Назовите химический состав и функции нуклеоида. В каких клетках имеется нуклеоид?
10. Какую функцию в клетке выполняют рибосомы? Чем отличаются рибосомы прокариот от рибосом эукариот?
11. Каковы состав и функции клеточной стенки эукариот?
12. Какие существуют отличия в строении прокариотической и эукариотической клеток?
13. Каков химический состав и функции цитоплазматической мембраны прокариотической и эукариотической клеток?
14. Какую роль выполняют лизосомы в эукариотической клетке?
15. Привести примеры известных Вам одноклеточных организмов.
16. Дать определение понятиям «фагоцитоз» и «пиноцитоз».
Литература
1. Шлегель Г. Общая микробиология. – М.: Мир, 1987. – 500 с.
2. Мудрецова-Висс К.А., Кудряшова А.А., Дедюхина В.П. Микробиология, санитария и гигиена – Владивосток: Изд-во ДВГАЭУ, 1997. – 312 с.
3. Асонов Н.Р. Микробиология. - 3 изд., перераб. и доп. – М.: Колос, 1997. – 352 с.
4. Елинов Н.П. Химическая микробиология – М.: Высшая школа, 1989.–448 с.
Движение бактерий
Среди бактерий есть подвижные и неподвижные формы. Большинство подвижных бактерий активно передвигается только в жидкой среде.
Движение бактерий осуществляется:
· С помощью жгутиков.
Жгутики имеют палочковидные бактерии и некоторые извитые формы. Наличие жгутиков, их расположение являются постоянными для данного вида признаками и имеют диагностическое значение. Некоторые виды бактерий имеют один жгутик (монотрихи), у других жгутики располагаются пучками на одном или обоих концах клетки (политрихи), у третьих покрывают всю поверхность клетки (перитрихи).
Длина жгутиков может во много раз превышать длину клетки бактерий, достигая 10–30 мкм и более. Поперечный размер жгутиков составляет 0,01–0,03 мкм.
а) б) в)
Рис. 3.6 - Расположение жгутиков: а - монотрихиальное расположение;
б - политрихиальное расположение; в - перитрихиальное расположение
Скорость передвижения бактерий велика. За одну секунду клетка может пройти расстояние, в 20–50 раз превышающее длину ее тела. Происходит движение при вращении жгутиков вокруг своей оси или за счет сокращения жгутиков.
• Путем скольжения.
Характерно для бактерий, имеющих слизистый чехол. За счет слизи клетка скользит по поверхности и передвигается.
• Путем ползания.
Передвижение осуществляется за счет сокращения всей клетки. Такой тип движения осуществляют спирохеты.
• Реактивное движение.
Некоторые бактерии для передвижения выбрасывают порции слизи, и сами при этом отталкиваются.
Размножение бактерий
Для прокариот характерно деление клетки на 2 части (бинарное деление).
При делении кольцевая ДНК прикрепляется к цитоплазматической мембране, расшнуровывается. При этом образуются 2 цепочки нуклеотидов, которые комплементарно достраиваются, в результате чего образуются две кольцевые двухцепочных молекулы ДНК.
У подавляющего числа грамположительных бактерий деление происходит ровно пополам с помощью поперечной перегородки (сеты), которая образуется за счет выпячивания внутрь клетки цитоплазматической мембраны.
У грамотрицательных бактерий деление происходит путем образования перетяжки (цитоплазматическая мембрана и клеточная стенка прогибаются до слияния с противоположной поверхностью клетки).
Незначительная часть бактерий размножается почкованием (стебельковые бактерии).
Классификация прокариот
В настоящее время существует несколько классификаций бактерий. Наиболее известна и широко используетсяклассификация бактерий Берги.Составители «Краткого определителя бактерий Берги», девятое издание которого выпущено в 1980 г., преследовали цель создать руководство, позволяющее быстро идентифицировать бактерии по совокупности определенных признаков.
По этой классификации царство прокариот в зависимости от отношения к свету разделено на 2 отдела: отдел цианобактерий (фотосинтезирующие) и отдел скотобактерий (нефотосинтезирующие). В свою очередь, отдел скотобактерий делится на 19 групп, каждая из которых делится на порядки, семейства, роды и виды в зависимости от формы, строения клеточной стенки, особенностей размножения, подвижности, способности образовывать споры, отношения к кислороду и т.д.
Например, группа 8 имеет название «Грамотрицательные факультативно-анаэробные палочки». Некоторые бактерии этой группы (семейство Enterobacteriacea) являются обычными обитателями кишечника (род Escherichia), другие – возбудителями пищевых инфекций (род Shigella, род Salmonella).
В некоторых группах виды объединены в роды, которые описаны в случайной последовательности, в других роды сгруппированы в семейства и порядки.
В последние годы получила также признаниеклассификация бактерий Мюррея, предложенная в 1978 г. В основу этой классификации положено строение клеточной стенки. Грам+ бактерии отнесены в отдел Firmacutes. Другой отдел – Gracilicutes – объединяет все бактерии, которые имеют клеточную стенку, характерную для Грам- бактерий. Третий отдел объединяет особые формы бактерий, лишенные настоящей клеточной стенки – отдел Mycoplasma.
К отделу Грам+ бактерий относятся четыре группы; в основу деления на группы положена форма клеток и способность образовывать споры. Это кокки, спорообразующие и неспорообразующие палочки, актиномицеты и родственные микроорганизмы. К неспорообразующим Грам+ палочкам относится род Lactobacillus. Это молочнокислые бактерии, которые используются в производстве кисломолочных продуктов, в сыроделии, при квашении овощей, в хлебопечении.
Все представители Грам- бактерий не образуют спор и резко различаются по способности развиваться на свету и без него. В пищевых производствах встречаются Грам- бактерии, которые безразличны к свету. Они различаются по форме клеток и способу движения. По числу представителей и значимости в природе и в жизни человека наибольший интерес из них представляют псевдомонады, энтеробактерии, уксуснокислые бактерии.
Вопросы для самопроверки
1. Каковы основные формы клеток у бактерий?
2. Чем отличаются стрептококки от стафилококков?
3. Какое взаимное расположение кокков имеют сарцины?
4. Каким образом дифференцируют палочковидные бактерии?
5. Как осуществляется движение у бактерий?
6. Что такое монотрихи и политрихи?
7. Как протекает процесс спорообразования у бактерий?
8. Какую функцию выполняет спорообразование у бактерий?
9. Какие признаки используются при определении вида бактерий?
10. Каким образом осуществляется размножение бактерий?
11. Какие классификации бактерий Вам известны?
12. Охарактеризуйте следующие группы бактерий: стрептококки, диплобактерии, торроиды, спирохеты, вибрионы, простеки, актиномицеты.
13. Какие признаки положены в основу классификации бактерий по Берги?
14. Какие признаки положены в основу классификации бактерий по Мюррею?
22. Что такое актиномицеты?
20. Что такое «бациллы» и «клостридии» и в чем их различия?
21. Что такое споры?
22. Все ли бактерии способны к спорообразованию?
23. Перечислите основные стадии спорообразования у бактерий.
24. Какие новые формы бактерий Вам известны?
25. Какие взаимные расположения палочковидных бактерий Вам известны?
26. Какие извитые формы бактерий Вы знаете?
Литература
1. Шлегель Г. Общая микробиология. – М.: Мир, 1987. – 500 с.
2. Мудрецова-Висс К.А., Кудряшова А.А., Дедюхина В.П. Микробиология, санитария и гигиена – Владивосток: Изд-во ДВГАЭУ, 1997. – 312 с.
3. Чурбанова И.Н. Микробиология. – М.: Высшая школа, 1987. – 240 с.
4. Асонов Н.Р. Микробиология. - 3-е издание, перераб. и доп.– М.: Колос, 1997. – 352 с.
Размножение грибов
Существуют 3 способа размножения грибов:
1. Вегетативное размножение.
Осуществляется кусочком мицелия или отдельными клетками –оидиями, образующимися в результате расчленения гиф,и хламидоспорами –толстостенными клетками, устойчивыми к неблагоприятным воздействиям. Оидии и хламидоспоры образуют высшие грибы.
а) б)
Рис. 4.1 – Строение высших грибов:
а - оидии; б - хламидоспоры
2.Бесполое размножение с образованием спор.
В этом случае на определенномэтапе вегетативного размножения грибов образуются специальныеплодоносящие гифы воздушного мицелия.
У низших грибов споры формируются внутри шаровидных мешочков – спорангиев, внутри которых формируются внутренние споры (эндоспоры). Плодоносящий гиф, на котором образуются спорангии, называется спорангиеносцем.
У высших грибов на кончике плодоносящего гифа образуются специальные вытянутые клетки – стеригмы, на которых формируются цепочки из спор – конидии. Споры, расположенные на конидиях, находятся снаружи плодоносящего гифа (экзоспоры). Плодоносящий гиф, на котором образуются конидии, называется конидиеносцем.
а) б)
Рис. 4.2 - Строение плодоносящих гифов:
а – спорангиеносца, б – конидиеносца
3. Половое размножение.
Половому размножению (митозу) предшествует слияние двух многоядерных гифов мицелия. Состоит половое размножение из трех этапов:
· плазмогамия – соединение протопластов двух гифов. Возникающая в результате этого клетка имеет два ядра и называется дикарион;
· кариогамия – слияние двух гаплоидных ядер с образованием диплоидного ядра (ядра с двойным набором хромосом).
· мейоз – редукционное деление. Процесс деления ядер состоит из нескольких стадий.
Различают гомо- и гетероталличные грибы. У гомоталличных грибов происходит слияние двух одинаковых гифов, у гетероталличных оплодотворение может происходить только между мицелиями разных половых знаков ( + и – ).
Существуют грибы, которые не способны размножаться половым путем. Такие грибы называют несовершенными.
Класс фикомицетов.
К этому классу относятся низшие грибы, имеющие несептированный многоядерный мицелий. К фикомицетам относятся мукоровые грибы, которые широко распространены в природе. Наибольшее значение имеют представители родов Mucor и Rhizopus.
Размножаются фикомицеты бесполым и половым путем. При бесполом рязмножении образуются спорангиеносцы, при половом – в результате слияния двух гиф происходит образование зиготы (зигоспоры), которая после периода покоя прорастает и образует короткую гифу со спорангием на конце. При прорастании споры происходит деление ядер.
Многоядерная цитоплазма спорангия распадается на множество спорангиеспор, которые в благоприятных условиях прорастают в мицелий.
Грибы рода Мисоr (рис.4.3, а) вызывают порчу пищевых продуктов. Отдельные представители этого рода нашли применение как продуценты ферментных препаратов, органических кислот, спиртов, каротиноидов, стероидов.
Грибы рода Rhizopus вызывают так называемую «мягкую гниль» ягод, плодов и овощей.
2. Класс аскомицетов.
Аскомицеты (сумчатые грибы) являются высшими грибами, т.е. имеют септированный мицелий. При бесполом размножении образуются конидиеносцы с экзоспорами.
При половом размножении образуется аск (сумка) со спорами. Начинается половое размножение с образования аскогонов, несущих трихогину – трубочку, по которой в аскогон попадают мужские ядра. Диплоидное ядро, как правило, претерпевает три деления, в результате образуются 8 аскоспор.
Существуют аскомицеты, у которых аски развиваются на специальных плодовых телах. Такие грибы называют плодосумчатые.
В группу плодосумчатых аскомицетов входят грибы родов Penicillium (рис.4.3, в) и Aspergillus (рис.4.3, б), которые являются возбудителями порчи различных пищевых продуктов, и в частности, плодов и овощей, особенно при хранении (различные гнили). Кроме того, некоторые аспергиллы являются патогенными для человека и животных, вызывают заболевания верхних дыхательных путей, слизистой рта, кожи (аспергиллез). Другие виды аспергиллов, а также гриб спорынья (паразит злаковых растений) выделяют ядовитые вещества, вызывающие пищевые отравления.
Некоторые представители пенициллов и аспергиллов нашли практическое применение. Так, отдельные представители пеницилловых грибов используются как продуценты антибиотика пенициллина в промышленных масштабах, другие – в производстве сыров «Рокфор» и «Камамбер».
Аспергиллы являются продуцентами органических кислот и применяются для промышленного получения лимонной кислоты. Многие аспергиллы используются также для получения ферментных препаратов.
К голосумчатым аскомицетам относятся грибы, аск у которых образуется непосредственно на мицелии. Типичными представителями голосумчатых грибов являются дрожжи.
Класс базидиомицетов.
К этому классу относятся высшие макроскопические грибы. К базидиомицетам относятся шляпочные съедобные и ядовитые грибы (шампиньоны, сыроежки, поганки), головневые грибы (паразиты злаковых культур), трутовые грибы (разрушители древесины), ржавчинные грибы (паразиты культурных растений).
Характерной особенностью этого класса является преимущественное размножение половым способом – базидиями с базидиоспорами.
Подразделяются базидиомицеты на две группы: с одноклеточными базидиями и с многоклеточными базидиями. Ядро базидиальных клеток делится дважды, в результате чего образуются 4 ядра, а затем четыре базидиоспоры.
4. Класс дейтеромицетов.
К этому классу отнесены высшие грибы, половое размножение у которых не обнаружено.
Представители этого класса размножаются вегетативным путем (кусочком мицелия или отдельными клетками – оидиями) и бесполым путем – конидиями. По форме конидии бывают шаровидные, эллипсовидные, нитевидные, серповидные, звездчатые и др.
Несовершенные грибы широко распространены в природе, некоторые являются паразитами культурных растений, вызывают порчу пищевых продуктов, являются возбудителями заболеваний кожи человека.
Грибы рода Fusarium являются возбудителями заболевания плодов и овощей (фузариоз), злаков, вызывают порчу картофеля (сухая гниль), вызывают тяжелые пищевые отравления.
Грибы рода Botrytis вызывают порчу лука, капусты, моркови, помидоров, а вместе с другими грибами – кагатную гниль сахарной свеклы.
Грибы рода Altemaria поражают корнеплоды в период хранения (черная гниль)
Представители рода Cladosporium часто обнаруживаются на пищевых продуктах, хранящихся в холодильниках.
Классификация дрожжей
Дрожжи относятся к царству грибов (Mycota), отделу истинных грибов (Eumycota). В зависимости от того, способны ли дрожжи размножаться половым путем, их можно отнести к 2-м классам: классу аскомицетов и классу дейтеромицетов. Небольшая часть дрожжей относится к классу базидиомицетов.
Так как дрожжи отличаются по своим культуральным свойствам от грибов, существуют их отдельные классификации.
Так, существует отдельная классификация совершенных (спорогенных) дрожжей – классификация Кудрявцева. По этой классификации дрожжи относятся к классу аскомицетов, порядку одноклеточных грибов – дрожжей, который включает три семейства: сахаромицетов, шизосахаромицетов и сахаромикодов. Семейства различаются формой клеток, способом вегетативного размножения.
Семейство сахаромицетов
Представители этого семейства имеют овальную или яйцевидную форму, вегетативно размножаются почкованием. Особо важная роль принадлежит роду Saccharomyces.Главным биохимическим признаком этих дрожжей является то, что они сбраживают сахара с образованием этилового спирта и диоксида углерода. Дрожжи, используемые в промышленности, называются культурными дрожжами. Так, в хлебопекарном производстве и в производстве спирта используются верховые дрожжи рода Saccharomyces cerevisiae. Дрожжи вида Saccharomyces minor нашли применение в производстве ржаного хлеба и кваса. В пивоварении используются низовые дрожжи Saccharomyces carlsbergensis. Дрожжи-сахаромицеты имеют овальную форму, вегетативно размножаются почкованием, в неблагоприятных условиях размножаются половым путем аскоспорами.
Культурные дрожжи относятся к ацидофилам, т. е. развиваются в кислой среде, оптимальное значение рН для дрожжей 4,5-5,0. В аэробных условиях они активно растут и размножаются, а в анаэробных – осуществляют спиртовое брожение (эффект Пастера).
Дрожжи чувствительны к высокой концентрации растворенных в среде веществ. При высокой концентрации сахара в среде жизнедеятельность дрожжей прекращается, так как при этом увеличивается осмотическое давление среды и наступает плазмолиз клеток. Величина предельной концентрации сахара для различных рас дрожжей неодинакова.
Различают дрожжи верхового и низового брожения. Дрожжи верхового брожения в стадии интенсивного брожения распределяются на поверхности сбраживаемой среды в виде довольно толстого слоя пены и остаются в таком состоянии до окончания брожения. К таким дрожжам относятся спиртовые и хлебопекарные дрожжи. Дрожжи низового брожения, развиваясь в сбраживаемой жидкости, не переходят в поверхностный слой – пену, быстро оседают по окончании брожения, образуя плотный слой на дне бродильной емкости. К дрожжам низового брожения относятся пивные дрожжи. Такие различия при сбраживании жидких сред дрожжами верхового брожения и дрожжами низового брожения обусловлены тем, что дрожжи верхового брожения принадлежат к пылевидным дрожжам, не склеивающимися друг с другом, а дрожжи низового брожения относятся к хлопьевидным дрожжам, так как имеют клейкие оболочки, что приводит к агглютинации и быстрому осаждению клеток.
Семейство шизосахаромицетов
Клетки палочковидной формы, размножаются делением, в неблагоприятных условиях – спорообразованием. Представители этого семейства рода Schizosaccharomyces вызывают спиртовое брожение и используется в странах с жарким климатом для производства пива, кубинского рома.
Семейство сахаромикодов
Клетки лимоновидной формы, размножаются почкующимся делением, а в неблагоприятных условиях – спорообразованием. Дрожжи рода Saccharomycoides вызывают спиртовое брожение, но являются вредителями в виноделии, так как образуют продукты, придающие винам неприятный прокисший запах. Такие дрожжи называются дикими дрожжами.
По классификации Ж. Лоддера и Крегера Ван Рия несовершенные дрожжи, не способные размножаться половым путем, а также утратившие способность к спиртовому брожению, представляют собой почкующиеся или делящиеся клетки, некоторые из них образуют псевдомицелий (вытянутые клетки). Классификация основана на следующих систематических признаках: способность образовывать ложный мицелий и отношение к сахарам. К аспорогенным относятся дрожжи родов Candida, Torulopsis, Rhodotorula (дикие дрожжи).
Вопросы для самопроверки
1. В чем сходство и различия грибов с растениями, с животными?
2. Что такое «мицелий», «гифы»?
3. Какой тип клеточной организации имеют большинство грибов?
4. Чем отличаются между собой высшие и низшие грибы?
5. В чем отличие совершенных грибов от несовершенных?
6. Какие признаки положены в основу классификации грибов?
7. Охарактеризуйте класс аскомицетов. Назовите наиболее важных представителей этого класса.
8. Охарактеризуйте класс дейтеромицетов. Какие из представителей дейтеромицетов являются возбудителями порчи плодов и овощей?
9. Каково строение спорангиеносцев, конидиеносцев?
10. Какие способы размножения грибов Вы знаете?
11. Что такое «оидии», «хламидоспоры»?
12. Перечислите основные стадии полового размножения грибов.
13. Что образуется в результате полового размножения у фикомицетов, аскомицетов, базидиомицетов?
14. Чем отличаются голосумчатые грибы от плодосумчатых?
15. Каковы формы и размеры дрожжевых клеток?
16. Каково строение дрожжевой клетки?
17. Как размножаются дрожжи?
18. Какие признаки положены в основу классификации спорогенных дрожжей Кудрявцева?
19. Охарактеризуйте семейство дрожжей-шизосахаромицетов.
20. Какие признаки положены в основу классификации аспорогенных дрожжей Ж. Лоддера и Крегера Ван Рия?
21. Что такое культурные и дикие дрожжи?
22. Охарактеризуйте дрожжи низового и верхового брожения.
23. В каких условиях осуществляется половое размножение дрожжей - аскомицетов?
Литература
1. Шлегель Г. Общая микробиология. – М.: Мир, 1987. – 500 с.
2. Чурбанова И.Н. Микробиология. – М.: Высшая школа, 1987. – 240 с.
3. Мудрецова-Висс К.А., Кудряшова А.А., Дедюхина В.П. Микробиология, санитария и гигиена – Владивосток: Изд-во ДВГАЭУ, 1997. – 312 с.
4. Асонов Н.Р. Микробиология. - 3-е издание, перераб. и доп.– М.: Колос, 1997. – 352 с.
Тема 5. ВИРУСЫ И ФАГИ
Классификация вирусов
Вирусы относятся к царству Viro (ацитов).
Исходя из общепринятого представления о природе вирусов как живых существ, возникает необходимость их систематики. Однако до настоящего времени эта задача не решена, хотя предложено много различных принципов классификации вирусов: по форме; по химическому составу (РНК- и ДНК-вирусы), в зависимости от того, на какие клетки вирусы действуют (вирусы растений, вирусы животных, вирусы человека, вирусы микроорганизмов). Однако все эти признаки не являются стойкими и надежными критериями для разработки классификации вирусов по принципу бинарной номенклатуры.
В пищевой промышленности
Вирусы и фаги широко распространены в природе. Это возбудители инфекционных заболеваний человека, животных, растений. Бактериофаги встречаются везде, где есть микроорганизмы, в которых они паразитируют: в молоке и молочных продуктах, овощах и фруктах, в почве, водоемах, сточных водах, выделениях людей и животных и т.д.
Бактериофаги нередко приносят вред: в производстве антибиотиков фаги могут вызвать лизис микроорганизмов-продуцентов; в производстве кисломолочных продуктов – лизис полезной микрофлоры (молочнокислых стрептококков).
Использование бактериофагов:
1. Применяются в медицине для лечения инфекционных заболеваний, вызываемых патогенными микроорганизмами.
2. С помощью специфических фагов можно идентифицировать микроорганизмы, что используется при диагностике инфекционных заболеваний.
3. Лизогенные культурыбактерий используются в качестве детекторов радиации, под влиянием которой умеренный фагпереходит в вирулентную форму.
Вопросы для самопроверки
1. Перечислите основные свойства вирусов.
2. Каково строение вирусной частицы?
3. Что такое «капсид» и из чего он состоит?
4. Какие бывают формы вирусов? Привести примеры.
5. Как классифицируют вирусы?
6. Что такое вирулентные фаги?
7. Как осуществляется взаимодействие вирулентного фага с бактериальной клеткой?
8. Что такое умеренные фаги?
9. Каким образом осуществляется лизогенный бактериальный цикл развития?
10. При каких условиях умеренные фаги могут превратиться в вирулентные?
11. Что такое «лизогенная культура»?
12. Каково значение бактериофагов в природе, в пищевой промышленности?
13. Где используются бактериофаги?
14. Охарактеризуйте процесс внутриклеточного развития вирулентного фага.
15. Какую форму имеют бактериофаги?
Литература
1. Шлегель Г. Общая микробиология. – М.: Мир, 1987. – 500 с.
2. Мудрецова-Висс К.А., Кудряшова А.А., Дедюхина В.П. Микробиология, санитария и гигиена – Владивосток: Изд-во ДВГАЭУ, 1997. – 312 с.
3. Вербина Н.М., Каптерева Ю.В. Микробиология пищевых производств. – М.: Агропромиздат, 1988. – 256 с.
Вопросы для самопроверки
1. Какие способы питания живых существ Вы знаете?
2. Что такое «внеклеточное пищеварение»?
3. Какие существуют механизмы поступления питательных веществ в клетку?
4. Чем отличается простая диффузия от облегченной?
5. В чем существенное отличие пассивной и облегченной диффузии от активного транспорта?
6. Какова роль пермеаз в переносе растворенных веществ в клетку?
7. Каков механизм поступления в клетку воды, газов?
8. Каким путем попадают в клетку простые сахара и аминокислоты?
9. Как прокариоты и эукариоты различаются по механизмам транспорта веществ?
10. Что такое «органогенные элементы»?
11. Что такое макроэлементы?
12. Каковы потребности микроорганизмов в питательных веществах?
13. Как классифицируют микроорганизмы зависимости от источника углерода и энергии?
14. Охарактеризуйте тип питания хемоорганогетеротрофов.
15. Чем отличаются паразиты от сапрофитов?
16. Какие типы питания Вы знаете?
17. Что такое «азотфикисирующие микроорганизмы»?
18. Что такое «ауксотрофные микроорганизмы»?
19. Когда при поступлении вещества в клетку затрачивается энергия?
20. На какие группы распределяют микроорганизмы в зависимости от природы окисляемого субстрата (источника электронов)?
Литература
1. Чурбанова И.Н. Микробиология. – М.: Высшая школа, 1987.
2. Мудрецова-Висс К.А., Кудряшова А.А., Дедюхина В.П. Микробиология, санитария и гигиена – Владивосток: Изд-во ДВГАЭУ, 1997. – 312 с.
3. Мишустин Е.Н., Емцев В.Т. Микробиология. – М.: Агропромиздат, 1987. - 350 с.
4. Вербина Н.М., Каптерева Ю.В. Микробиология пищевых производств. – М.: Агропромиздат, 1988. – 256 с.
Рис.7.1 Схема катаболизма и анаболизма микробной клетки
А – конструктивный обмен;
Б – энергетический обмен
Скорость течения реакций и в целом обмен веществ клетки зависят от состава питательной среды, условий культивирования микроорганизмов и, главное, от потребности клетки в каждый данный момент в энергии (АТФ) и «строительных блоках». Клетка очень экономно высвобождает энергию и нарабатывает строительных блоков ровно столько, сколько необходимо ей в настоящий момент. Этот принцип лежит в основе регуляции и контроля всех стадий метаболических путей в клетке.
Регуляция метаболизма в микробной клетке имеет сложную взаимозависимую систему, которая «включает» и «выключает» определенные ферменты с помощью самых различных факторов: рН среды, концентрации субстратов, некоторых промежуточных и конечных метаболитов и т.д. Изучение путей регуляции определенных продуктов обмена веществ в клетке открывает неограниченные возможности для определения оптимальных условий биосинтеза микроорганизмами целевых продуктов.
Рис. 7.2 - Схема окисления углеводов в процессе брожения
Третий этап. Пировиноградная кислота при серии последовательных реакций претерпевает превращения, характер которых зависит от ферментативных особенностей того или иного возбудителя. Так, в клетках дрожжей имеются специфические ферменты – пируватдекарбоксилаза и алкогольдегидрогеназа, осуществляющие превращение ПВК в этиловый спирт.
Рис. 7.3 - Схема окисления углеводов в процессе дыхания
Вопросы для самопроверки
1. Что такое «анаболизм»?
2. В чем сущность энергетического обмена?
3. В чем состоит взаимосвязь конструктивного и энергетического обмена?
4. Что такое «фосфорилирование»?
5. Какие типы фосфорилирования Вы знаете?
6. Что понимается под «биологическим окислением?
7. Что такое «брожение»?
8. Как называется процесс аэробного окисления глюкозы до углекислого газа и воды?
9. Что такое «неполные окисления» или «окислительные брожения»? Привести примеры.
10. Чем «типичные брожения» отличаются от «окислительных брожений»?
11. Какие ферменты принимают участие в энергетическом обмене аэробов, факультативных анаэробов, облигатных анаэробов?
12. Что подразумевается под «амфиболитическими путями»?
13. Что такое гликолиз?
14.Какие микроорганизмы могут получать энергию путем окислительного фосфорилирования?
15. Каков энергетический эффект процесса дыхания?
16. Какое количество молекул АТФ образуется при анаэробном окислении одной молекулы глюкозы?
17. Перечислить основные этапы анаэробного окисления глюкозы.
18. Перечислить основные этапы аэробного окисления глюкозы.
19. Привести суммарную реакцию процесса дыхания.
20. На какие группы делятся микроорганизмы в зависимости от отношения к кислороду?
21. Какие окислительно-восстановительные ферменты имеются в клетках облигатных анаэробов?
22. Привести примеры микроорганизмов, которые относятся к факультативным анаэробам.
23. Какое вещество является акцептором протонов водорода при дыхании?
24. Какие специфические ферменты принимают участие в процессе превращения пировиноградной кислоты в этиловый спирт?
Литература
1. Шлегель Г. Общая микробиология. – М.: Мир, 1987. – 500 с.
2. Грачева И.М. Технология микробного синтеза белков, аминокислот. – М.: Пищевая промышленность, 1980. – 400 с.
3. Мудрецова-Висс К.А., Кудряшова А.А., Дедюхина В.П. Микробиология, санитария и гигиена – Владивосток: Изд-во ДВГАЭУ, 1997. – 312 с.
Микроорганизмов
Выращивание микроорганизмов на питательных средах называется культивированием, а развившиеся в таких средах микроорганизмы – культурой. При культивировании происходит рост культуры – физиологический процесс, в результате которого увеличивается биомасса – масса клеточного вещества данного микроорганизма.
Чистой культурой микроорганизма называют культуру, которая представлена потомством одной клетки. Естественным путем получить чистую культуру почти невозможно, поэтому ее получают искусственно. Для выделения чистой культуры используют плотные питательные среды, на которых каждая клетка вырастает в виде изолированной колонии – популяции микроорганизмов одного вида.
Перед выделением чистой культуры из какого-либо пищевого продукта или природного субстрата (например: почвы, воды), в котором данный микроорганизм находится в небольших количествах, вначале получают накопительные культуры, проводя культивирование в элективных условиях.
Накопительные культуры состоят преимущественно из клеток микроорганизмов одного вида. Элективные (накопительные) условия – условия, способствующие развитию одной культуры и ограничивающие развитие сопутствующих микроорганизмов. Создать накопительные условия можно путем использования накопи<