МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ рф
ВЯТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Изучение влияния различных температур на рост и развитие популяции микроорганизмов
Методические указания
к лабораторной работе
Дисциплина «Экология микроорганизмов»
Киров 2005
Составил:
доцент кафедры «биология»
кандидат биологических наук К.Е. Гаврилов
Порядок проведения занятия
Введение – 5 минут.
Письменный контроль исходного уровня знаний (решение тестовых заданий) – 15 минут.
Собеседование по вопросам самоподготовки и коррекция знаний – 45 минут.
Самостоятельная работа – 65 минут.
Подведение итогов занятия –3 минуты.
Сбор отчетов (альбомов) для проверки преподавателем – 2 минуты.
Техника безопасности
При выполнении лабораторных работ необходимо неукоснительно соблюдать общепринятые правила безопасного обращения с кислотами и щелочами, лабораторной стеклянной посудой (предметными и покровными стеклами, пипетками, чашками Петри, пробирками и др.), электрооборудованием (осветителями); соблюдать осторожность при использовании открытого огня (спиртовки); не допускать пролива и возгорания легковоспламеняющихся жидкостей (этилового спирта, эфира).
Цели занятия
Изучить влияние различных температур на рост и развитие единичных клеток, и популяцию микроорганизмов.
Изучить особенности морфологического строения колоний и клеток микроорганизмов.
Вопросы и задания для самоподготовки
Предмет и методы экологии микроорганизмов
Определите научные предпосылки возникновения экологии микроорганизмов
В чем сущность микробиологического принципа Виноградского-Бейеринка
Методы экологии микроорганизмов
Основные направления экологии микроорганизмов
Аутэкология
Демэкология
а) характеристика популяции
б) взаимодействие популяций
Синэкология
Характеристика экосистем
Устройство микроскопа
Методы хранения микроорганизмов
Окрашивание препарата. Методы окраски.
Оборудование и материалы
Микроскоп биологический МБР-3 или аналогичный
Спиртовка.
Термостат.
Питательные среды на чашках: МПА.
Чашки Петри с культурами микроорганизмов.
Микробиологические петли и иглы.
Материалы (предметные стекла для микропрепаратов; пробирки стеклянные, вместимостью 15 мл; пипетки, вместимостью 1,0 и 5,0 мл с делениями, 1%-ный водный раствор генцианвиолета или кристаллвиолета, раствор Люголя, склянка с 95%-ным этанолом, 0,1%-ный раствор фуксина).
Общие сведения
В природе микробные сообщества растут, образуя биопленки, о чем впервые сообщили К.Зобэлл и М.Андерсон еще в 50-х годах XX столетия, однако документированные подтверждения уникальности проходящих там процессов были получены лишь в последние 20 лет благодаря в основном развитию техники микроэлектродов.
Колонии практически всех видов бактерий демонстрируют способность к клеточной дифференцировке и многоклеточной организации. Эта способность наиболее очевидно проявляется при росте бактерий в их природных местах обитания, где они формируют различные многоклеточные структуры: биоплёнки, бактериальные маты, плодовые тела и др.
В настоящее время общепринято, что при развитии в природе биопленки преобладают над свободноживущими микроорганизмами как в численном отношении, так и по уровню метаболизма. Доказано, что клетки в составе биопленки фенотипически отличаются от свободноживущих и что способностью к образованию биопленок обладают все представители домена бактерий. Тесные структурные ассоциации клеток в составе биопленок ведут к интенсивному обмену метаболитами (химическая коммуникация) и, возможно, генетическим материалом, что может приводить к адаптивной изменчивости функций всего сообщества.
Понятие «ощущение кворума» (Quorum Sensing) было предложено в 1994 году. Оно означает восприятие клетками изменений среды, которые наступают при достижении бактериальной культурой некоторой пороговой численности, и реакцию на эти изменения.
Распространяющиеся химические сигнальные молекулы составляют один из немногих механизмов, с помощью которого бактерии могут взаимодействовать друг с другом. Восприятие таких сигналов возможно отдельной бактериальной клеткой, чтобы воспринять как себя так и другие клетки, и таким образом адаптироваться к окружающей среде в соответствии с плотностью популяции. Это клеточная коммуникация стала называться «Quorum Sensing». Предполагается, что экспрессия генов, регулирующих плотность клеточной популяции регулируется, сигнальными молекулами, взаимодействующими с чувствительными рецепторами или регуляторными белками транскрипции. «Quorum Sensing», таким образом, пример мультиклеточного поведения, способный модулировать целый ряд физиологических процессов, включая:
биолюминесценцию у морских бактерий Vibrio fisheri и V.harveyi;
агрегацию клеток миксобактерий и последующее формирование плодовых тел со спорами;
споруляцию у бацилл и актиномицетов;
стимуляцию роста у стрептококков и ряда других микроорганизмов;
конъюгацию с переносом плазмид у Enterococcus faecalis и родственных видов, а также у бактерий рода Agrobacterium;
синтез экзоферментов и других факторов вирулентности у патогенов растений (Erwinia carotovora, E.hyacinthii и др.) и животных (Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus aureus);
образование антибиотиков у представителей рода Streptomyces и у E.carotovora;
формирование биоплёнок у Р. aeruginosa и других микроорганизмов.
Раскрыты механизмы многих из указанных процессов, определены факторы межклеточной коммуникации, отвечающие за процессы, зависящие от плотности популяции.
Серьёзной проблемой клинической практики является широкое распространение устойчивых форм микроорганизмов, снижающее эффективность применения антибактериальных препаратов. Особенную трудность представляет повышенная лекарственная устойчивость бактерий в биоплёнках. Для синтеза факторов вирулентности, антибиотиков и формирования биоплёнок бактерии часто используют реакции кворум-сенсинга. Поэтому изучение механизмов таких реакций открывает новые возможности для предупреждения и лечения болезней, вызванных микробными агентами, а также позволяет по-иному взглянуть на сложный комплекс межвидовых бактериальных взаимодействий в природных местах обитания микроорганизмов.