Формы изменчивости микроорганизмов

Фенотипическая изменчивость. Проявление наследуемых морфологических признаков и физиологических процессов у индивидуумов называется фенотипом. Различия по фенотипу между микроорг. одинак. по генотипу наз. модификациями.

Генотипическая изменчивость. Изменениям подвержен так­же и генотип. Генотипическая изменчивость играет большую роль в эволюции организмов

Мутации. Под мутацией (от mutatio — изменение) пони­мают внезапные, скачкообразные изменения наследственных свойств.

Генотипическая изменчивость. Изменениям подвержен так­же и генотип. Генотипическая изменчивость играет большую роль в эволюции организмов: если бы клетки не обладали способностью к изменению генотипа, то любое неблагоприят­ное изменение условий среды привело бы к вымиранию вида.

В основе генотипической изменчивости лежат мутации и рекомбинации. Они происходят в структуре ДНК — генетиче­ском аппарате клетки — и проявляются в стабильности изме­нений каких-либо свойств.

Мутации. Под мутацией (от mutatio — изменение) пони­мают внезапные, скачкообразные изменения наследственных свойств. Основу этого явления составляют качественные или количественные изменения последовательности нуклеотидов в ДНК, которые могут возникать при жизнедеятельности бак­терий под влиянием эндогенных факторов или при действии химических и физических мутагенов.

Билет 7

1, Споры и спорообразование у бактерий, методы выявления спор.

Спорообразование наблюдается в условиях, неблагоприятных для вегетативных форм. У бактерий выделяют 3 вида спор:

1) ЭНДОСПОРЫ (истинные споры) – располагаются внутри, имеют высокий коэффициент светопреломления.

2) АРТОСПОРЫ – обр-ся в рез фрагментации вегетирующих Б!!

3) ХЛАМИДИОСПОРЫ (микроцисты) – формируются в рез утолщения стенок вегетирующей  и накопления запасных пит в-в.

К спорообразованию способна лишь небольшая группа эубактерий, а из патогенных для чка только – Clostridium и Bacillus. Каждая вегетативная  образует 1 эндоспору. Споры УСТОЙЧИВЫ к температуре, высыханию, радиации и химическим в-вам (включая 70° этанол). Могут сохраняться оч длительное время. Предположительно споры могут храниться в сухой почве до 1000 лет, но фактически уже за 50 лет 90% спор теряют жизнеспособность.

Морфологически споры м.б. круглыми, овальными, эллиптическими, некоторые снабжены «рёбрами жесткости».

ПРОЦЕСС СПОРУЛЯЦИИ начинается сразу при возникновении дефицита питательных в-в и длится около 8ч, при этом никаких внешних источников питания или энергии не требуется. Стимулируют – глюкоза, Р и NH4, угнетают –пептон, лактоза, NaCl, CaCl2. Выделяют след ЭТАПЫ:

1) Подготовительная стадия – прекращается деление, начинается накопление липидных включений.

2) Стадия предспоры – появляется эллиптическая оболочка, окружающая участок цитоплазмы с изменённой плотностью и тинкториальными свойствами.

3) Формирование оболочки

4) Стадия созревания споры – происходит её уплотнение и прекращение любых перемещений в –спорангии.

5) Разрушение родительской .

В оптимальных условиях происходит прорастание споры. Сначала она активно поглощает воду и набухает, усиливается дыхание, возрастает активность ферментов, происходит выделение АК – активация метаболизма (в этот период спора УТРАЧИВАЕТ ТЕРМОРЕЗИСТЕНТНОСТЬ). Затем спора лопается и из неё выходит вегетативная форма.

Спорообразующие микроорганизмы - это бациллы и клостридии. Отличия бацилл от клостридий: споры бацилл не превышают диаметр бактериальной клетки, у клостридий - превышает, бациллы по типу дыхания- аэробы, а клостридии- строгие(облигатные) анаэробы. Известны и спорообразующие кокки.

2, Генетика – наука о наследственности и изменчивости организмов. Цель генетики заключается в изучении и анализе законов передачи наследственных признаков от поколения к поколению, а также выяснение механизмов, обеспечивающих наследование индивидуальных признаков. Под наследственностью понимают способность живых организмов воспроизводить одни и те же морфологические, физиологические и биологические свойства в ряду поколений благодаря передаче материальных задатков от родителей и потомкам.

Основная генетическая структура прокариотной клетки – это молекула ДНК в виде двойной спирали, свернутой в кольцо. ДНК является носителем генетической информации и называется геномом микробной клетки. Молекула состоит из функционально неоднородных участков – генов. Ген является функциональной единицей наследственности. В генах записана информация обо всех свойствах, присущих клетке. Гены определяют особенности клеточных компонентов, их структуру и функции. Информация, содержащаяся в гене, определена последовательностью нуклеотидов в молекуле ДНК. Последовательность нуклеотидов определяет последовательность аминокислот в белковых молекулах, синтезируемых клеткой. Каждая аминокислота определяется группой из трех соединений нуклеотидов – триплетом или кодоном. Процесс синтеза белков в микробной клетке происходит также как и в клетках высших животных и растений. В этом процессе участвуют рибосомы и информационная РНК, последовательность нуклеотидов которой комплементарна последовательности нуклеотидов микробной ДНК. Таким образом, нуклеотидная последовательность ДНК представляет собой закодированную инструкцию, определяющую (посредством иРНК) структуру специфических белков, синтезируемых клеткой.

Наследственность – это свойство микроорганизмов воспроизводить одни и те же сходные признаки в ряду поколений. Наследственность неразрывно связана с изменчивостью, т.е. с изменением специфических свойств под действием различных факторов. Изучение изменчивости микроорганизмов началось на первых этапах развития микробиологии в первых работах Пастера, показавшего возможность ослабить вирулентные свойства микроорганизмов при воздействии различных факторов.

Среди многих видов изменчивости у микроорганизмов выделяют изменчивость основных признаков:

• Изменчивость морфологических признаков. Это изменение у микроорганизмов формы и размеров под влиянием различных факторов (химических, биологических и др.). например, при добавлении к среде стрептомицина клетки сальмонелл значительно удлиняются. При длительном росте бактерий в одной и той же среде возникает полиморфизм, вызванный накоплением продуктов жизнедеятельности.

• Культуральная изменчивость. Проявляется изменением культуральных свойств микроорганизмов (характер роста на питательных средах). Одна из форм культуральной изменчивости – феномен диссоциации, т.е. разъединения популяции бактерий и возникновение S- и R-форм. При посеве на поверхность плотной питательной среды рост культуры проявляется возникновением колоний двух основных типов: S-форма – гладкая, R-форма – шероховатая. Между этими формами существуют и переходные: М-форма - слизистая и О-форма – переходная.

По современным представлениям в основе диссоциации лежат мутации, спонтанно возникающие в естественной среде и в условиях культивирования на искусственных питательных средах.

• Изменчивость ферментативных (биохимических) свойств. Проявляется изменением биохимической активности микроорганизмов. Бактерии каждого вида имеют определенный набор ферментов, благодаря которым усваиваются различные питательные вещества. Выработка тех или иных ферментов предопределена генотипом. В процессе жизнедеятельности бактерий функционируют не все гены, ответственные за синтез ферментов. В геноме бактерий всегда есть дополнительные возможности, т.е. существуют гены, ответственные за выработку адаптивных ферментов. Например, кишечная палочка, растущая на среде без лактозы, не синтезирует фермент лактазу. Если перенести культуру на питательную среду, содержащую лактозу, то микроорганизмы начинают синтезировать этот фермент. Такие способности помогают микроорганизмам адаптироваться к изменяющимся условиям окружающей среды.

• Изменчивость биологических свойств. Проявляется способностью микроорганизмов воздействовать на живые объекты, вызывать те или иные патологические процессы различной интенсивности. Изменение биологических свойств может происходить под влиянием различных внешних факторов: температуры (отличной от оптимальной для данного вида), химических веществ, живых организмов (например, организма лабораторного животного). Эта особенность микроорганизмов широко применяется при изготовлении вакцин. Так была изготовлена вакцина против сибирской язвы. Возбудитель культивировался в условиях повышенной температуры (42,50С), что привело к утрате вирулентных свойств.

В зависимости от того, передаются ли новые признаки последующим поколениям, различают изменчивость фенотипическую (модификационную, ненаследственную) и генотипическую (наследственную).

Фенотипическая изменчивость. Проявление ненаследуемых морфологических признаков и физиологических процессов у индивидуумов называется фенотипом. Сходные по генотипу микроорганизмы могут существенно различаться по фенотипу, т.е. способу проявления наследственных признаков. Фенотипические различия между микроорганизмами, одинаковыми по генотипу, называют модификациями (фенотипическими адаптациями). Модификации, как правило, действуют только до тех пор, пока действует фактор, вызвавший их образование. Они не передаются последующим поколениям и являются адаптивными реакциями на внешние факторы. Следовательно, роль фенотипических модификаций сводится к обеспечению выживаемости микробной популяции в изменившихся условиях внешней среды. Фенотипические модификации чаще всего выражаются в изменении формы и размера бактерий, биохимической активности.

Генотипическая изменчивость. Генотип тоже подвержен различным изменениям. Генотипическая изменчивость играет большую роль в эволюции организмов: если бы клетки не обладали способностью к изменению генотипа, то любое неблагоприятное изменение условий среды привело бы к вымиранию вида. Например, появление в культуре фага вызвало бы полную ее гибель, если бы гены, определяющие фагочувствительность, не подвергались бы изменениям и клетки не приобретали фагорезистентность.

В основе генотипической изменчивости лежат мутации и рекомбинации. Они происходят в структуре ДНК и проявляются в стабильности изменений каких-либо свойств.

Мутации. Под мутацией понимают внезапные, скачкообразные изменения наследственных свойств. Основу этого явления составляют качественные или количественные изменения последовательности нуклеотидов в ДНК, которые могут возникать под влиянием эндогенных факторов или под действием химических или физических мутагенов. Бактерии с измененными признаками называются мутантами. Различают спонтанные или индуцированные мутации.

Спонтанные (самопроизвольные) мутации возникают под влиянием неизвестных причин. Частота спонтанных мутации чрезвычайно мала (один случай на 100 млн. особей). Один из распространенных типов спонтанных мутаций микроорганизмов –ауксотрофность. Это утрата способности к синтезу какого-либо вещества. Например, утрата способности синтезировать какую-либо аминокислоту. В таком случае, ауксотрофные микроорганизмы будут расти на питательных средах, содержащих эту аминокислоту. Спонтанные мутации служат основным источником естественной изменчивости микроорганизмов и лежат в основе эволюции, обусловливая разнообразие генетического материала.

Билет 8

1, Грибы (Fungi, Mycetes) . разнородная группа эукариотических микроорганизмов. Грибы имеют ядро с ядерной оболочкой, цитоплазму с органеллами, цитоплазматическую мембрану (котораясодержит фосфолипиды и стеролы) и мощную клеточную стенку, состоящую из глюкана,целлюлозы, хитина, белка, ли-пидов и др. Грибы состоят из длинных тонких нитей (гиф),сплетающихся в грибницу, или мицелий. Гифы низших грибов . фикомицетов . не имеютперегородок. У высших грибов . эуми-цетов . гифы разделены перегородками; их мицелиймногоклеточный.Грибы размножаются спорами половым и бесполым способами, а также вегетативным путем(почкование или фрагментация гиф). Грибы, размножающиеся половым и бесполым путем,относятся к совершенным. Несовершенными называют грибы, у которых отсутствует или еще неописан половой путь размножения. Бесполое размножение осуществляется у грибов с помощьюэндогенных спор, созревающих внутри круглой структуры . спорангия (рис. 2.6,а), экзогенных спор . конидий, формирующихся на кончиках плодоносящих гиф (рис. 2.6,б,в).Грибы можно разделить на 7 классов: хитридиомицеты, гифохитридиомицеты, оомицеты,зигомицеты, ас-комицеты, базидиомицеты, дейтеромицеты. Среди фикомицетов различают …хитридиомицеты, или водные грибы, ведущие сапрофитический образ жизни или поражающиеводоросли; гифохитридиомицеты, имеющие сходство с хитридиоми цетами и оомицетами; оомицеты . паразиты высших растений и водяные плесени; зигомицетывключают представителей рода Mucor, распространенных в почве и воздухе и способных(например, грибы рода Mucor) вызывать мукоромикоз легких, головного мозга и другихорганов. При бесполом размножении на плодоносящей гифе-спорангиеносце образуетсяспорангий . шаровидное утолщение с оболочкой, содержащее многочисленные споры(спорангиоспоры). Половое размножение (оогамия) у зи-гомицетов осуществляются путемобразования зигоспор, или ооспор.

2, В настоящее время известны по меньшей мере три разных механизма рекомбинации попавшей в бактериальную клетку чужеродной ДНК с бактериальной хромосомой (или с плазмидой) in vivo: 1) общая гомо­логичная рекомбинация, 2) сайт-специфическая рекомбинация и 3) него­мологичная рекомбинация.Общая гомологичная рекомбинация. В этом случае поступившая из­вне ДНК рекомбинируется с клеточной ДНК путем реципрокного обме­на соответствующими участками. Если не считать различий, обусло­вленных мутациями, партнеры по рекомбинации должны иметь одинаковую нуклеотидную последовательность, т. е. быть максимально гомологичными. Гомологичная рекомбинация находится под контро­лем гена гее А; мутанты с дефектом этого гена (гее ') не способны к го­мологичной рекомбинации…………инте­грационную форму рекомбинации, т.е. не обмен, а соединение ДНК. Негомологичная рекомбинация независима от гена гее А. К такой ре­комбинации способны: 1) вставочные последовательности (IS-эле-менты); 2) транспозоны (Тп); 3) бактериофаг (х (мю). Молекулярный ме­ханизм негомологичной рекомбинации еще не вполне выяснен. Транспозоны это последовательности ДНК, которые способны встраиваться во многие участки генома и могут «перепрыгивать» с плазмиды на бактериальную хромосому, на другую плазмиду или на умеренный фаг. Транспозоны содержат гены, определяющие внешне распознаваемые признаки, а именно устойчивость к таким антибиоти­кам, как пенициллин, тетрациклин или канамицин. В связи с этим их легче обнаружить, чем IS-элементы.

Билет 9