Морфология дрожжей.

По форме клетки дрожжи бывают округлые, овальные, яйцевидные, палочковидные, грушевидные, лимоновидные, стреловидные, серповидные, треугольные.

Дрожжевые клетки достаточно крупные и достигают от 1.5 до 20 мкм, в отдельных случаях – до 50 мкм. Дрожжевая клетка является эукариотической, то есть имеет дифференцированное ядро, имеет многослойную клеточную стенку, в состав которой входят полисахариды глюканы (полимеры глюкозы) и мананы (полимеры манозы). Благодаря такому химическому составу, дрожжи оседают из растворов. Это называется флокуляцией. Дрожжи способны образовывать капсулы, состоящие из полисахаридов. Дрожжи богаты митохондриями, определяющими активность бродильного процесса. Запасные вещества такие же, как и у грибной клетки (липиды, гликоген, голитин).

Размножение дрожжей.

В благоприятных условиях размножение происходит каждые 30 минут. Различают бесполое (вегетативное размножение) и половое размножение.

Способов вегетативного размножения три:

1. почкованием. При почковании сначала делится ядро, затем цитоплазма выпячивается и образуется почка. Почка отделяется за счет сужения перетяжки. На месте отделения почки остается шрам и по количеству шрамов можно определить, сколько раз почковалась клетка. У некоторых дрожжей дочерняя клетка длительное время остается на материнской. Таким образом, образуется ложный мицелий (таким поведением отличаются дрожжи рода кандида).

2. делением. Содержимое клетки делится на две равные части и формируется две равные дочерние клетки. Этот процесс начинается с деления ядра на две равные части. Затем, посредине клетки по направлению от периферии к центру начинает расти клеточная стенка и выстилающая её изнутри цитоплазматическая мембрана. Затем эта стенка удваивается и расширяется и новые дочерние клетки расходятся.

3. смешанный или почкующееся деление. Процесс этот начинается так же как у почкующихся дрожжей сужением перетяжки, а заканчивается формированием перегородки как у делящихся дрожжей. Такое деление характерно для дрожжей лимоновидной формы.

Половой процесс у дрожжей заключается в слиянии или конъюгации двух дрожжевых клеток типа «а» и «альфа». Сначала обе клетки выпускают отростки. Затем клетки сближаются и образуют конъюгационный канал, через который возможно слияние содержимого сблизившихся клеток. Процесс происходит в три стадии, как и у грибов:

1. плазмогамия (слияние цитоплазм)

2. кариогамия (слияние ядер)

3. мейоз

Оплодотворенное ядро делится два-три раза и формируется четыре или восемь аскоспор и клетка превращается в сумку. Аскоспоры могут образовываться и без полового процесса, при этом ядро клетки делится два-три раза, затем части разделенного ядра покрываются цитоплазмой и после образования клеточной стенки превращаются в аскоспоры.

В природе есть дрожжи, проводящие весь свой жизненный цикл в диплоидной стадии (это все культурные дрожжи). У них нет мейоза, это дает большую жизнестойкость дрожжевым клеткам.

Классификация дрожжей.

Дрожжи подразделяются на две большие группы:

1. Истинные дрожжи. Они относятся к аскомицетам

2. Ложные дрожжи. У них отсутствует спорообразование. Они относятся к несовершенным грибам.

По классификации профессора Кудрявцева истинные дрожжи делят на три семейства по способу вегетативного размножения:

1. сахаромицетация – это дрожжи овальной или округлой формы, размножаются почкованием. Представители: винные дрожжи sacch.vini и хлебопекарные дрожжи sacch.cerevisica

2. шизосахаромицетация – это дрожжи палочковидной формы, размножающиеся делением

3. сахаромикодация – это дрожжи неправильной формы (например, лимоновидные), размножающиеся почкующимся делением.

Вирусы

Вирус – по латыни означает «яд».

Открыты они профессором Ивановским в 1892 году. Он изучал заболевание табачных растений «табачная мозаика». Он растирал листья больных растений и полученный гомогенат фильтровал через бактериальный фильтр. Он предполагал, что возбудитель болезни останется на фильтре. Полученный фильтрат он наносил на листья здоровых растений, в итоге они заболевали. Это позволило ему сделать вывод, что размеры возбудителя болезни гораздо меньше размеров бактерий. Ивановский назвал возбудитель фильтрующимся вирусом.

Вирусы – это группа ультрамикроскопических облегантных (строгих) внутриклеточных паразитов, способных размножаться только в клетках живых организмов: многоклеточных и одноклеточных. Они являются возбудителями заболеваний человека, животных, растений, насекомых, простейших и микроорганизмов.

Измеряются вирусы в нанометрах: от 10 до 300нм (1 нм = 10^-6мм). Они невидимы в световой или оптический микроскоп. Их можно различить только в электронном микроскопе. Обнаружено, что вирусы имеют очень разнообразную форму и довольно сложное строение. Вирусы обладают характерными особенностями, отличающими их от других микроорганизмов:

1. малая величина. Они не задерживаются бактериальными фильтрами и не оседают при центрифугировании.

2. неспособны развиваться на искусственных питательных средах, так как не имеют собственного обмена веществ, а развиваются только в чужих клетках.

3. могут развиваться только в организме восприимчивого хозяина, проявляя абсолютный паразитизм.

4. обладают специфичностью к отдельным органам и тканям.

5. содержат нуклеиновые кислоты только одного типа: ДНК или РНК.

Вирусы не размножаются в почве, но могут долго в ней сохраняться. Вирусы, размножающиеся на микроорганизмах называются фагами, при чем, размножающие на бактериях называются бактериофагами, размножающиеся в клетках грибов – микофаги, поражающие актиномицеты – актинофаги, а поражающие сине-зеленые водоросли – цианофаги.

В природе вирусы существуют в двух состояниях:

1. состояние покоя (вне клетки хозяина), в виде вирусных частиц, называемых вирионами

2. вегетативная форма (внутри клетки хозяина)

Форма вирусных частиц разнообразна:

1. палочковидная. Вирус имеет форму прямого цилиндра (вирус табачной мозаики)

2. нитевидная, в виде эластичных изгибающихся нитей (вирусы бактерий и растений)

3. сферическая, сходная с многогранником (вирусы животных и человека)

4. кубовидная (вирусы животных и человека)

5. булавовидная, имеется головка и отросток (вирусы бактерий и актиномицетов)

Вирусные частицы, вирионы состоят из нуклеиновой кислоты и белка. РНКовые вирусы содержат только РНК, а ДНКовые содержат только ДНК.

Схема строения бактериофага:

Нуклеиновая кислота, представленная одной молекулой ДНК или РНК, уложена в виде спирали и окружена белковой оболочкой. Фаги имеют обычно многогранную призматическую головку и отросток. Длина отростков и головки – по 100 нм.

Отросток – это белковый стержень, покрытый сверху чехлом из спирально расположенных коксомеров (белковых молекул), способных к сокращению. Внутри отростка находится полый канал, по которому нуклеиновая кислота из головки фага попадает в клетку пораженного микроорганизма. Отросток заканчивается базальной пластинкой с пятью или шестью зубцами и тонкими нитями, являющимися органами адсорбции.

Механизм проникновения бактериофага в клетку бактерии. Он состоит из четырех последовательно протекающих этапов и размножение происходит только в живой клетке.

1. Адсорбция на поверхности клетки в определенном участке с помощью фимбрий и шипов

2. Инъекция (впрыскивание). По белковому стержню, как по шприцу в клетку бактерии проникает нуклеиновая кислота, при чем в клетку хозяина внедряется только стержень, а головка не проникает в клетку

3. Внутриклеточное развитие фага. Нуклеиновая кислота вируса блокирует ДНК клетки-хозяина (бактерии) и эта клетка начинает вырабатывать генетический материал вируса (вирусный ДНК и вирусный белок). Происходит образование новых фаговых частиц. Сначала нуклеиновой кислоты головок, затем белковых отростков. Из них собираются новые вирусные частицы.

4. Лизис (распад, растворение) клетки бактерии и выход из нее новых фагов. Фаги поражают новые клетки до тех пор, пока клетки полностью не исчезнут.

Время с момента инфицирования клетки фагом до лизиса клетки называется латентным или скрытым периодом. Продолжительность этого периода различна для разных типов фагов и зависит от окружающей температуры. Для одних фагов этот период – от 15 до 40 минут, для других – 5 часов и более.

Количество новых фаговых частиц, образуемых одной клеткой при фаговой инфекции, называется выходом фага или его урожайностью. Выход фага зависит от свойств данного фага и не зависит от клетки хозяина и её размеров. Одни фаги обладают очень низким выходом (от 5 до 50 частиц на клетку). Средний выход – от 1000 до 2500. И высокий выход у мелких РНК-овых фагов – более 20 тысяч частиц на одну клетку.

Процесс размножения фага не всегда является смертельным для инфицированной им клетки. Некоторые нитевидные фаги размножаются в клетках, но клетки при этом не гибнут. Но это является исключением из общего правила. Абсолютное большинство фагов при размножении вызывают лизис клетки и её гибель.

Между клеткой и вирусом может существовать длительная и прочная связь. При этом вирус находится в клетке, но не размножается. Такое состояние фага в отношении бактерии назвали профагом.

Культуры микроорганизмов, которые несут профаг, назвали лизогенными культурами. В зависимости от взаимоотношений фага и микроорганизма хозяина, фаги делят на две группы:

1. вирулентные (которые вызывают лизис клетки, то есть её гибель)

2. умеренные фаги или симбиотические (они находятся в лизогенных клетках в виде профага)

Природа фагов.

Единого мнения о происхождении фагов не существует и вопрос до сих пор остается спорным. Этот вопрос имеет важное значение, так как с ним связано решение многих задач современной биологии: происхождение жизни, возможные формы существования живого, существование живых существ, не имеющих клеточной структуры и другие.

Существуют две противоположные точки зрения на природу вирусов и фагов:

1. Одни ученые рассматривают их как живые организмы

2. Вторая группа ученых считает, что вирусы – это особые вещества типа ферментов.

Значение бактериофагов и актинофагов в промышленности.

Последние несколько десятилетий увеличилось количество производств, основанных на использовании продуктов жизнедеятельности микроорганизмов (получение антибиотиков, ферментов, витаминов, аминокислот, органических кислот, ацетона и бутилового спирта), различных бактериальных препаратов.

Из-за концентрации на этих производствах больших масс микроорганизмов, создаются благоприятные условия. Для размножения соответствующих фагов, вызывающих лизис производственных микробных культур. Впервые с этим явлением столкнулись в сыродельном производстве, когда стал останавливаться процесс молочнокислого брожения, так как бактериофаги вызывали гибель молочнокислых бактерий.

Для борьбы с бактериофагами существует несколько методов:

1. необходимо часто менять закваски на свежие.

2. применять смешанные закваски, состоящие из нескольких видов родственных бактерий (когда один вид поражается бактериофагом, другой продолжает процесс брожения)

3. получение активных фагоустойчивых микробных культур.

Положительный момент: некоторые фаги используются в медицине для профилактики и лечения заболеваний.