1. Возникновение и развитие микробиологии. Работы Левенгука, Бейеринга, Коха. Роль Луи Пастера в формировании микробиологии.

Микробиология — наука о живых организмах, невидимых невооруженным глазом (микроорганизмах): бактерии, архебактерии, микроскопические грибы и водоросли, часто этот список продляют простейшими и вирусами. В область интересов микробиологии входит их систематика, морфология, физиология, биохимия, эволюция, роль в экосистемах а также возможности практического использования.

Разделы микробиологии: бактериология, микология, вирусология и т. д.

Донаучный этап развития.За несколько тысяч лет до возникновения микробиологии как науки человек не зная о существовании микроорганизмов, широко применял природные процессы, связанные с брожением, для приготовления кумыса и других кисломолочных продуктов, получения алкоголя, уксуса, при мочке льна.наиболее близко к открытию микромира подошел Джироламо Фракасторо (1478—1553), предположивший что инфекции вызывают маленькие тельца, передающиеся при контакте и сохраняющиеся на вещах больного.

Описательный этап. В 1665 Роберт Гук впервые увидел растительные клетки. Однако 30 кратного увеличения его микроскопа не хватило чтобы увидеть простейших и тем более бактерии. Левенгук считал обнаруженных им микроскопических существ «очень маленькими животными» и приписывал им те же особенности строения и поведения, что и обычным животным. Повсеместное распространение этих «животных» стало сенсацией не только в научном мире. В течение следующих 100—150 лет развитие микробиологии проходило лишь с описанием новых видов. Отто Фридрих Мюллер к 1789 описал и назвал по линнеевской биномиальной номенклатуре 379 различных видов. Христиан Готтфрид Эренберг описал множество пигментированных бактерий, первые железобактерии, а также скелеты простейших и диатомовых водорослей в морских и лиманных отложениях, чем положил начало микропалеонтологии. В России одним из первых микробиологов был Л. С. Ценковский (1822—1887), описавший большое число простейших, водорослей и грибов и сделавший вывод об отсутствии резкой границы между растениями и животными. Им также была организована одна из первых Пастеровских станций и предложена вакцина против сибирской язвы.

Золотой век микробиологии.1880-е и 1890-е ознаменовались для микробиологии всплеском числа открытий. Во многом это было связано с подробной разработкой методологии. Прежде всего здесь следует отметить вклад Роберта Коха, создавшем в конце 1870-х ряд новых методов и общих принципов ведения исследовательской работы. Пастер использовал для выращивания микроорганизмов жидкие среды. Жидкие среды были недостаточно удобны. Сложно было выделить Чистую культуру, в связи с чем можно было изучать только обогащённые самой природой культуры. Твёрдые среды впервые использовались для изучения грибов. Для бактерий твёрдые среды применял Кон во Вроцлаве зимой 1868/69 годов, однако только в 1881 Роберт Кох положил начало широкому применению желатиновых и агаровых пластинок. В 1887 году введены в практику чашки Петри. Коху принадлежат также знаменитые постулаты:

- возбудитель заболевания должен регулярно обнаруживаться у пациента;

- он должен быть выделен в чистую культуру;

- выделенный организм должен вызывать у подопытных животных те же симптомы, что и у больного человека.

Бейеринк сделал правильное заключение о небактериальной природе патогена. Бейеринк показал, что фильтрация не помогает удержать возбудителя заболевания табачной мозаики на керамических фильтрах Чамберлена,. Бейеринк показал, что патоген способен репродуцироваться и распространяться в клетках хозяина, но не может быть культивирован в растворе подобно бактериям. Бейерлинк впервые ввёл понятие вирус для обозначения особой, небактериальной природы возбудителя.

2. Роль отечественных учёных в развитии микробиологии. Исследования Самойловича, Л.С. Ценковского, С.Н. Виноградского, В.Л. Омельянского, Д.И. Ивановского, И.И. Мечникова. Главные направления развития современной микробиологии.

Исследования И. И. Мечникова (1845—1916) показали, что большую роль в формировании иммунитета играют особые клетки — макро- и микрофаги. Эти клетки поглощают и переваривают чужеродные частицы, в том числе бактерии. Исследования И. И. Мечникова по фагоцитозу убедительно доказали, что, помимо гуморального, существует клеточный иммунитет. И. И. Мечников, ближайший помощник и последователь Л. Пастера, заслуженно считается одним из ос­новоположников иммунологии. Его работы положили начало изучению иммунокомпетентных клеток как морфологической основы иммунной системы, ее единства и биологической сущности.

Д.И.Ивановский (1864— 1920) открыл вирусы — представителей царства Vira. Один из основоположников вирусологии. Впервые открыл проходящий через бактериологические фильтры возбудитель табачной мозаики, названный впоследствии вирусом. Труды по фитопатологии и физиологии растений.

ЦЕНКОВСКИЙ ЛЕВ СЕМЕНОВИЧ (1822–1887) – рус. ботаник и микробиолог. Предложил метод получения эффективной сибиреязвенной вакцины. Его важнейшие исследования, посвящённые истории развития миксомицет (слизевых грибов) и монад, дали ему возможность сблизить тех и других. Весьма важно открытие Ценковского у водорослей, флагеллат, а впоследствии и у бактерий, пальмеллевидного состояния, то есть способности клеток выделять слизь и образовывать слизевые колонии.

Серге́й Никола́евич Виногра́дский (1 (13) сентября 1856, Киев — 24 февраля 1953, Париж)открыл хемосинтез.Подтвердил наблюдения Уорингтона о том что процесс нитрификации идет в две стадии и выделил культуры бактерий-нитрификаторов.В 1895 выделил первую азотфиксирующую бактерию Clostridium pasterianum.

Омелянский Василий Леонидович 26.2(10.3).1867, Полтава, — 21.4.1928, Гагра, советский микробиолог, академик АН СССР. Ученик С. Н. Виноградского.Предложил методы выделения и культивирования нитрифицирующих бактерий, изучал их морфологию и физиологию. Впервые выделил культуры анаэробных и спороносных бактерий, сбраживающих клетчатку с образованием органических кислот и водорода. Изучал аэробную азотфиксирующую бактерию (из рода азотобактер) и доказал существование бактерий, образующих метан из этилового спирта. Установил, что количество усвояемого азотфиксирующими микроорганизмами азота пропорционально усвоению органического вещества. Первый указал на возможность применения микроорганизмов как химических индикаторов.

3. Морфология микроорганизмов. Основные формы бактерий. Размеры. Микроскопические методы изучения микроорганизмов. Разновидности световой микроскопии.

Бактерии (лат. bacteria — палочка) — это одноклеточные организмы, лишенные хлорофилла. Большинство патогенных бактерий имеют среднюю длину 0,2—10 мкм. Под влиянием среды обитания могут происходить ненаследственные изменения, называемые модификациями. Однако при стабильных условиях существования микробы сохраняют свойственные данному виду размер и форму.

Форма клетки прокариот определяется жесткой (ригидной) клеточной стенкой. Патогенные для животных бактерии по форме подразделяются на шаровидные, или кокки, палочковидные и извитые.

Кокки (гр. coccus — ягода, лат. coccus — шаровидный). Кокки бывают сферические, эллипсоидные, бобовидные и ланцетовидные. После деления кокки по-разному располагаются относительно друг друга, что послужило основанием подразделить их на отдельные группы.

Микрококки (гр. micrococcus — малый) — беспорядочно расположенные одиночные или парные клетки. В основном заселяют объекты внешней среды, являются сапрофитами.

Диплококки (гр. diplococcus — двойной) — попарно расположенные клетки как результат деления в одной плоскости и сохранение связи между дочерними клетками. К ним относятся возбудитель диплококковой септицемии телят, менингококк.

Стрептококки (гр. streptococcus — извитой) — клетки, расположенные в виде цепочек различной длины. Результат деления кокков в одной плоскости. Стрептококки вызывают мастит сельскохозяйственных животных, мыт цельнокопытных и др.

Тетракокки (гр. tetracoccus — четыре кокка) — сцепленные по четыре кокка как результат последовательного деления клеток в двух взаимно-перпендикулярных плоскостях. К патологии животных отношения не имеют.

Сарцины (лат. sarcina — связываю, соединяю) — кокки, расположенные ярусами по 8—16 особей как результат последовательного деления клеток в трех взаимно-перпендикулярных плоскостях. Напоминают тюки, пакеты. Распространены в воздухе, но могут осложнять патологические процессы в организме животного.

Стафилококки (гр. staphylococcus — виноградная гроздь). Гроздьевидные скопления кокков как результат деления кокков в различных плоскостях. Некоторые стафилококки причиняют существенный урон животноводству, вызывая септические состояния, поражения молочной железы, желудочно-кишечного тракта, кожного покрова.

Микроорганизмы палочковидной формы подразделяются на бактерии, бациллы и клостридии.

К бактериям относятся палочковидные микроорганизмы, не образующие спор (кишечная палочка, сальмонеллы, возбудители туберкулеза и т.д.).

К бациллам и клостридиям (лат. closter — веретено) принадлежат микробы, образующие споры (сибиреязвенная, столбнячная палочки, возбудители анаэробной инфекции).

По форме палочковидные бактерии бывают короткими, длинными или средних размеров: с закругленными (большинство палочек), заостренными (фузобактерии), обрубленными (сибиреязвенная палочка) и булавовидными (коринебактерии) концами. Некоторые бактерии могут образовывать ветвления в виде боковых выростов (микобактерии туберкулеза).

По взаимному расположению палочковидные формы распределяются на три подгруппы:

диплобациллы и диплобактерии располагаются попарно;

стрептобактерии и стрептобациллы — цепочками;

беспорядочно расположенные бактерии и бациллы — в виде римских цифр II, V и т.д.

Общее число палочковидных бактерий значительно больше, чем кокковидных.

Извитые формы бактерий. К этой группе относятся вибрионы, спириллы и спирохеты.

Вибрионы (лат. vibrio — изгибаюсь) — изгиб клетки равен 1/3—1/4 завитка спирали, имеющие вид запятой (холерный вибрион).

Спириллы (лат. spira — изгиб) имеют изгибы с одним или несколькими оборотами спирали (возбудитель болезни «укуса крыс» — Spirillus minus).

Спирохеты (лат. spirochaetae — извилина) имеют штопороподобную форму, размеры колеблются в больших пределах (ширина 0,3— 1,5 мкм и длина 7 — 500 мкм).

Актиномицеты (гр. actis — луч, гр. mykes — гриб) долгое время относили к микроскопическим грибам, но подробное изучение их морфологии и биологических свойств позволило отнести их к бактериям. Это тонкие слегка изогнутые палочки, часто образующие нити длиной 10 — 50 мкм, способные образовывать хорошо развитый мицелий.

Микоплазмы (гр. mykes — гриб, гр. plasma — имеющие форму) морфологически неоднороды, так как не имеют ригидного слоя в клеточной стенке.

Риккетсии (richettsia)— полиморфные микроорганизмы. Могут иметь форму палочек, кокков, расположенных одиночно, по двое или в виде коротких цепочек. Иногда встречаются нитевидные (мицеллярные) клетки. Риккетсии относятся к внутриклеточным паразитам.

Хламидии (chlamydis — плащ, мантия) — кокковидные микроорганизмы. Инфекционной формой хламидий служат сферические клетки — элементарные тельца.

К методам исследования любых микроорганизмов относят:

- метод микроскопии: световая, фазово-контрастная, темнопольная, флуоресцентная, электронная;

- метод культивирования на питательных средах;

- метод биопроб на живых организмах;

- метод полимеразной цепной реакции;

- реакции по типу «антиген-антитело»;

- метод ИФА.

Методы световой микроскопии

Методы световой микроскопии (освещения и наблюдения). Методы микроскопии выбираются (и обеспечиваются конструктивно) в зависимости от характера и свойств изучаемых объектов, так как последние, как отмечалось выше, влияют на контрастность изображения.

Метод светлого поля и его разновидности

метод светлого поляМетод светлого поля в проходящем свете применяется при изучении прозрачных препаратов с включенными в них абсорбирующими (поглощающими свет) частицами и деталями.

Метод косого освещения - разновидность предыдущего метода. Отличие между ними состоит в том, что свет на объект направляют под большим углом к направлению наблюдения.

Метод темного поля и его разновидности

Метод тёмного поля в проходящем свете используется для получения изображений прозрачных неабсорбирующих объектов, которые не могут быть видны, если применить метод светлого поля. Зачастую это биологические объекты. Свет от осветителя и зеркала направляется на препарат конденсором специальной конструкции — т. н. конденсором тёмного поля. По выходе из конденсора основная часть лучей света, не изменившая своего направления при прохождении через прозрачный препарат, образует пучок в виде полого конуса и не попадает в объектив (который находится внутри этого конуса). Изображение в микроскопе формируется при помощи лишь небольшой части лучей, рассеянных микрочастицами находящегося на предметном стекле препарата внутрь конуса и прошедшими через объектив. Темнопольная микроскопия основана на эффекте Тиндаля, известным примером которого служит обнаружение пылинок в воздухе при освещении их узким лучом солнечного света.

Метод фазового контрастаи его разновидность — т. н. метод «аноптрального» контраста предназначены для получения изображений прозрачных и бесцветных объектов, невидимых при наблюдении по методу светлого поля. К таковым относятся, например, живые неокрашенные животные ткани.

4. Химический состав бактериальной клетки. Включения бактерий. Методы их выявления.

В состав микроорганизмов входят вода, белки, нуклеиновые кислоты, углеводы, липиды,

минеральные вещества.

Вода. Основной компонент бактериальной клетки, составляющий около 80 % ее массы. Она

находится в свободном или связанном состоянии со структурными элементами клетки. В спорах количество воды уменьшается до 18.20 %. Вода является растворителем для многих веществ, а также выполняет механическую роль в обеспечении тургора. При плазмолизе. Потере клеткой воды в гипертоническом растворе. Происходит отслоение протоплазмы от клеточной оболочки. Удаление воды из клетки, высушивание приостанавливают процессы метаболизма. Большинство микроорганизмов хорошо переносят высушивание. При недостатке воды микроорганизмы не размножаются. Высушивание в вакууме из замороженного состояния (лиофилизация) прекращает размножение и способствует длительному сохранению микробных особей. Белки (40.80 % сухой массы) определяют важнейшие биологические свойства бактерий и состоят обычно из сочетаний 20 аминокислот. В состав бактерий входит диаминопимелиновая кислота (ДАП), отсутствующая в клетках человека и животных. Бактерии содержат более 2000 различных белков, находящихся в структурных компонентах и участвующих в процессах метаболизма. Большая часть белков обладает ферментативной активностью. Белки бактериальной клетки обусловливают антигенность и иммуногенность, вирулентность, видовую принадлежность бактерий. Нуклеиновые кислоты бактерий выполняют функции, аналогичные нуклеиновым кислотам эукариотических клеток: молекула ДНК в виде хромосомы отвечает за наследственность, рибонуклеиновые кислоты (информационная, или матричная, транспортная и рибосомная) участвуют в биосинтезе белка. Бактерии можно характеризовать (таксономически) по содержанию суммы гуанина и цитозина (ГЦ) в молярных процентах (М%) от общего количества оснований ДНК. Более точной характеристикой микроорганизмов является гибридизация их ДНК. Основа метода гибридизации ДНК. Способность денатурированной (однонитчатой) ДНК ренатурироваться, т.е. соединяться с комплементарной нитью ДНК и образовывать двухцепочечную молекулу ДНК. Углеводы бактерий представлены простыми веществами (моно- и дисахариды) и комплексными соединениями. Полисахариды часто входят в состав капсул. Некоторые внутриклеточные полисахариды (крахмал, гликоген и др.) являются запасными питательными веществами.Липиды в основном входят в состав цитоплазматической мембраны и ее производных, а также клеточной стенки бактерий, например наружной мембраны, где, кроме биомолекулярного слоя липидов, имеется ЛПС. Липиды могут выполнять в цитоплазме роль запасных питательных веществ. Липиды бактерий представлены фосфолипидами, жирными кислотами и гли-церидами.

Наибольшее количество липидов (до 40 %) содержат микобактерии туберкулеза. Минеральные вещества бактерий обнаруживают в золе после сжигания клеток. В большом количестве выявляются фосфор, калий, натрий, сера, железо, кальций, магний, а также микроэлементы (цинк, медь, кобальт, барий, марганец и др.). Они участвуют в регуляции осмотического давления, рН среды, окислительно-восстановительного потенциала, активируют ферменты, входят в состав ферментов, витаминов и структурных компонентов микробной клетки.

Включения – это не обязательный компонент бактериальной клетки. Они разнообразны по форме, химическому составу и назначению. Они могут быть твердыми, жидкими и газообразными. Принято различать 2 типа включений: ограниченные белковой мембраной и лишенные мембран.

Газовые вакуоли относятся к мембранным включениям. Это преимущественно полые цилиндры длиной до 1000 нм и диаметром около 80 нм. Состав газа в вакуолях соответствует газовому составу окружающей среды. Наиболее богата газовыми вакуолями цитоплазма водных бактерий.

Основная масса включений – это запасные питательные вещества. К таким образованиям относят полисахаридные, волютиновые, поли-бета-оксимасляные включения.

Полисахаридные включения бывают размером до 200 нм и лишены мембраны. Накопление полисахаридов обычно стимулируется недостатком азота и регулируется на уровне генома. Аккумулированный полисахарид служит источником энергии и углерода.

Накопление поли-бета-оксимасляной кислоты характерно только для прокариот. Гранулы этого вещества округлены в цитоплазме белковой мембраной. Образующиеся при распаде гранул вещества используются для роста бактериальной клетки.

Конгломераты волютина образованы преимущественно полифосфатами и выглядят в виде округлых телец размером до 1 мкм. Волютин способен раствориться в щелочах и горячей воде. Свое название волютин получил от названия бактерии Spirillum volutans, где, как считали раньше, это вещество способно накапливаться в виде зерен. Намного позже выяснили, что эти зерна состоят из поли-бета-оксимасляной кислоты, а не из волютина.

Основное назначение волютиновых зерен — источник фосфора и энергии.

Метод Нейссера

В цитоплазме бактерий могут находиться различные по своей природе включения, такие как липопротеидные тельца, гликоген, гранулеза, пигментные скопления, сера, кальций. У некоторых бактерий в цитоплазме встречаются зерна волютина. Включения волютина хорошо выражены у Spirillum volutans, по наименованию которых волютин получил название, у Bacillus subtilis, а также у возбудителей сибирской язвы и дифтерии. Гранулы волютина имеют относительно крупные размеры, окрашиваются различными красителями, изменяя цвет последних. Например, при окрашивании метилено-вым синим волютин окрашивается в ярко-красный цвет (например, при окраске по методу Леффлера). Такое явление получило название метахромазии. Гранулы волютина представлены полифосфатами — запасным веществом, которое служит источником фосфатных групп. Наличие гранул волютина учитывают при лабораторной диагностике дифтерии, так как для этого возбудителя характерно биполярное расположение зерен. Метод Нейесера, используемый для выявления зерен волютина, основан на избирательной фиксации зернами волютина уксусно-метиленовой синьки Нейесера. При последующем окрашивании везувином зерна волютина, прочно фиксировавшие метиленовую синьку, остаются темно-синего (почти черного) цвета, а цитоплазма приобретает желтый цвет.

5. Клеточная стенка микроорганизмов. Строение клеточной стенки грам-положительных и грам-отрицательных микроорганизмов. Механизм и принцип окраски по Грамму. Функции клеточной стенки. Протопласты, сферопласты, α-формы.

бактерий, специфическая по химич. составу оболочка, окружающая протопласт и тесно связанная структурно-функциональными взаимоотношениями с цитоплазматич. мембраной. Толщ. 10—50 нм. Составляет 10—50% сухой массы клеток. У большинства бактерий в состав К. с. входит опорный полимер пептидогликан (муреин). У грамположит. бактерий пептидогликан может составлять до 95%. Специфичность состава и строения пептидогликана у разл. видов бактерий — важный таксономич. признак. В небольшом кол-ве в К. с. грамположит. бактерий содержатся тейхоевые и тейхуроновые к-ты, полисахариды и белки. У микобактерий в состав К. с. входят липиды. Полисахариды и тейхоевые к-ты грамположит. бактерий обладают антигенными свойствами. К. с. грамотрицат. бактерий кроме тонкого (толщ. 3—8 нм, 5—10% от сухой массы К. с.) пептидогликанового слоя, обычно в виде однослойной сети, имеет снаружи трёхслойную липопротеидную мембрану (8 нм). Её компоненты (гликолипиды) обусловливают антигенные свойства клетки, а также их акцепторную специфичность по отношению к фагам и бактериоцинам. Пептидогликаны К. с. бактерий могут быть разрушены лизоцимом или автолитич. ферментами, что приводит к образованию сфероцластов и протопластов. У ми. видов грамположительных (снаружи от пептидогликанового слоя) и грамотрицательных (снаружи от липопротеидной мембраны К. с.) бактерий присутствуют дополнит, слои, состоящие из тетра- или гексагонально расположенных субъединиц белка (иногда гликопротеида). Стенки архебактерий не содержат муреина и состоят из особого пептидогликана, кислого гетерополисахарида или белка. Микоплазмы полностью лишены К. с. К. с. выполняет защитную, опорную функции, придаёт клеткам определ. форму, а у грамотрицат. бактерий дополнительно к цитоплазматич. мембране является барьером проницаемости.

Метод Грама — метод окраски микроорганизмов для исследования, позволяющий дифференцировать бактерии по биохимическим свойствам их клеточной стенки. Предложен в 1884 году датским врачом Г. К. Грамом.

По Граму бактерии окрашивают анилиновыми красителями — генциановым или метиловым фиолетовым и др., затем краситель фиксируют раствором йода. При последующем промывании окрашенного препарата спиртом те виды бактерий, которые оказываются прочно окрашенными, называют грамположительными бактериями (обозначаются Грам (+)), — в отличие от грамотрицательных (Грам (−)), которые при промывке обесцвечиваются.

На фиксированный мазок наливают один из осно́вных красителей на 2—3 минуты. Во избежание осадков окрашивают через фильтровальную бумагу.

Сливают краску, аккуратно удаляют фильтровальную бумагу. Мазок заливают раствором Люголя или йодистым раствором по Граму (водный раствор йодида калия и кристаллического йода в соотношении 2:1) на 1—2 минуты до почернения препарата.

Раствор сливают, мазок прополаскивают 96° этиловым спиртом или ацетоном, наливая и сливая его, пока мазок не обесцветится и стекающая жидкость не станет чистой (приблизительно 20—40—60 секунд).

Тщательно промывают стекла в проточной или дистиллированной воде 1—2 мин.

Для выявления грамотрицательной группы бактерий препараты дополнительно окрашивают фуксином или сафранином (2—5 мин).

Промывают в проточной воде и высушивают фильтровальной бумагой.

Функции КС:

1) Трансмембранный транспорт (т.е. через мембрану):

- Диффузия

- Пассивный транспорт = облегченная диффузия

- Активный = избирательный транспорт (с участием АТФ и ферментов).

2) Транспорт в мембранной упаковке:

- Экзоцитоз - выделение веществ из клетки

- Эндоцитоз (фаго- и пиноцитоз) - поглощение веществ клеткой

Транспортная функция обеспечивает избирательную регуляцию обмена веществ между клеткой и внешней средой, поступления веществ в клетку (за счет полупроницаемости мембраны), а также регуляцию водного баланса клетки

3) Рецепторная функция.

4) Опорная («скелет») - поддерживает форму клетки, придает прочность. Это, главным образом, функция клеточной стенки.

5) Изоляция клетки (ее живого содержимого) от окружающей среды.

6) Защитная функция.

7) Контакт с соседними клетками. Объединение клеток в ткани.

Протопласт — содержимое растительной или бактериальной клетки, за исключением внешней клеточной оболочки, однако при сохранении клеточноймембраны.

Протопласт включает:

цитоплазму,

ядро,

все органеллы

клеточную мембрану

То есть протоплазму + мембрану.Протопласты могут регенировать клеточную оболочку, что используется, в частности, для получения полноценных генетически измененных клеток.

После слияния протопласты образуют целые живые организмы — регенеранты. Таким путем могут быть получены соматические гибриды растений.

L-формы бактерий и микоплазмы изначально лишены клеточных стенок, по этому признаку их относят к протопластам.

Сферопласты

формы грам- бактерий, некоторых грибов и растений, лишенные части клеточной стенки. Образуются под действием пенициллина, лизоцима и др. веществ. Имеют сферическую или полусферическую форму. В обычных условиях погибают в результате осмотического лизиса. В условиях повышенного осмотического давления способны некоторое время переживать, расти и даже размножаться. Не утрачивают чувствительности к фагам. При удалении из среды индуцирующего агента в среде с желатиной часть С. реверсирует в исходную форму. Выявляют фазово-контрастной микроскопией.

6. Цитоплазматическая мембрана и её производные (мезосомы, хроматофоры). Строение, функции и значение для микроорганизмов.

К клеточной стенке бактерий примыкает цитоплазматическая мембрана, строение которой аналогично мембранам эукариотов (состоит из двойного слоя липидов, главным образом фосфолипидов со встроенными поверхностными и интегральными белками). Она обеспечивает:

• селективную проницаемость и транспорт растворимых веществ в клетку,

• транспорт электронов и окислительное фосфорилирование,

• выделение гидролитических экзоферментов, биосинтез различных полимеров.

Цитоплазматическая мембрана ограничивает цитоплазму бактерий, которая представляет собой гранулярную структуру. В цитоплазме локализованы рибосомы и бактериальный нуклеоид, в ней также могут находиться включения и плазмиды (внехромосомная ДНК). Кроме обязательных структур бактериальные клетки могут иметь споры.

Мезосомы — складки цитоплазматической мембраны бактерий, образующиеся при использовании химических методов фиксации во время подготовки образцов к электронной микроскопии. Хотя в 1960-е годы предполагалось естественное происхождение этих структур, они были признаны артефактами к концу 1970-х годов и в настоящее время не считаются частью нормальной структуры бактериальных клеток. Возникают при повреждении цитоплазматической мембраны во время химической фиксации, так как не возникают в клетках, не подвергавшихся ей.

Хроматофоры

органеллы фотосинтезирующих бактерий и сине-зеленых водорослей, в к-рых протекает фотосинтез. Содержат бактер. хлорофилл и др. пигменты. Отличаются от хлоропластов высших растений, выполняющих аналогичную функцию, более простым строением, меньшими размерами, иным составом хлорофилла. В качестве донатора водорода используют не воду, а восстановленные неорганические или органические соединения.

7. Капсула, её роль, химический состав, методы выявления, назвать капсуальные бактерии.

8. Нуклеоид. Репликация ДНК. Рибосомы.

9. Жгутики бактерий. Строение, химический состав, расположение. Методы выявления. Фимбрии и F – пили.

10. Покоящиеся формы бактерий. Споры и самообразования, прорастание спор. Свойства спор. Методы выявления, значения спор грибов и бактерий.

11. Положение микроорганизмов в природе. Прокариотные и эукариотные микроорганизмы: сходства и основные различия. Принципы классификации, геносистематика и классификация Берги.

16. Актиномицеты и родственные им организмы.

17. Риккетсии и хламидии.

18. Микоплазмы. Архебактерии.

19. Изменчивость микроорганизмов и её виды. Фенотипическая изменчивость. Привести примеры.

20. Мутации. Классификация. Механизм мутаций. Мутагенные факторы. Практическое применение мутаций.

21. Рекомбинации – обмен генетической информацией. Механизмы рекомбинаций у прокариот. Трансформация. Открытие явления трансформации. Опыты М. Гриффитса. Механизмы.

22. Трансдукция. Виды трансдукции. Механизмы. Роль умеренного бактериофага. Фаговая конверсия.

23. Конъюгация. Значение F, Hfr, F¹ факторов. Механизмы образования донорских клеток.

24. Плазмиды. Виды плазмид. Роль плазмид в генной инженерии.

Плазмиды — дополнительные факторы наследственности, расположенные в клетках вне хромосом и представляющие собой кольцевые (замкнутые) или линейные молекулы ДНК.

• Автономные плазмиды существуют в цитоплазме бактерий и способны самостоятельно репродуцироваться; в клетке может присутствовать несколько их копий.

• Интегрированные плазмиды репродуцируются одновременно с бактериальной хромосомой. Интеграция плазмид происходит при наличии гомологичных последовательностей ДНК, при которых возможна рекомбинация хромосомной и плазмидной ДНК (что сближает их с профагами).

• Плазмиды также подразделяют на трансмиссивные (например, F- или R-плазмиды), способные передаваться посредством конъюгации, и нетрансмиссивные.

Плазмиды выполняют регуляторные или кодирующие функции. Регуляторные плазмиды участвуют в компенсировании тех или иных дефектов метаболизма бактериальной клетки посредством встраивания в повреждённый геном и восстановления его функций. Кодирующие плазмиды привносят в бактериальную клетку новую генетическую информацию, кодирующую новые, необычные свойства (например, устойчивость к антибиотикам).

В соответствии с определёнными признаками, кодируемыми плазмидными генами, выделяют следующие группы плазмид:

F-плазмиды. При изучении процесса скрещивания бактерий оказалось, что способность клетки быть донором генетического материала связана с присутствием особого F-фактора [от англ. fertility, плодовитость]. F-плазмиды контролируют синтез F-пилей, способствующих спариванию бактерий-доноров (F+) с бактериями-реципиентами (F"). В связи с этим можно указать, что сам термин «плазмида» был предложен для обозначения «полового» фактора бактерий (Джошуа Лёдерберг, 1952). F-плазмиды могут быть автономными и интегрированными. Встроенная в хромосому F-плазмида обеспечивает высокую частоту рекомбинации бактерий данного типа, поэтому их также обозначают как Hfr-плазмиды от англ. high frequency of recombinations, высокая частота рекомбинаций].

R-плазмиды [от англ. resistance, устойчивость] кодируют устойчивость к лекарственным препаратам (например, к антибиотикам и сульфаниламидам, хотя некоторые детерминанты устойчивости правильнее рассматривать как связанные с транспозонами [см. ниже]), а также к тяжёлым металлам. R-плазмиды включают все гены, ответственные за перенос факторов устойчивости из клетки в клетку.

Неконъюгативные плазмиды обычно характерны для грамположительных кокков, но встречаются также у некоторых грамотрицательных микроорганизмов (например, у Haemophilus influenzae, Neisseria gonorrhoeae). Они обычно имеют небольшие размеры (молекулярная масса примерно 1 — 10*106 D). Обнаруживают большое количество мелких плазмид (более 30 на клетку), так как только наличие такого количества обеспечивает их распределение в потомстве при клеточном делении. Неконъюгативные плазмиды могут быть также перенесены из клетки в клетку при наличии в бактерии одновременно конъюгативных и неконъюгативных плазмид. При конъюгации донор может передать и неконъюгативные плазмиды за счёт связывания генетического материала последних с конъюгативной плазмидой.

Плазмиды бактериоциногении кодируют синтез бактериоцинов — белковых продуктов, вызывающих гибель бактерий того же или близких видов. Многие плазмиды, кодирующие образование бактериоцинов, также содержат набор генов, ответственных за конъюгацию и перенос плазмид. Подобные плазмиды относительно крупные (молекулярная масса 25-150*106 D), их довольно часто выявляют у грамотрицательных палочек. Большие плазмиды обычно присутствуют в количестве 1~2 копий на клетку. Их репликация тесно связана с репликацией бактериальной хромосомы.

Плазмиды патогенности контролируют вирулентные свойства многих видов, особенно энтеробактерий. В частности F-, R-плазмиды и плазмиды бактериоциногении включают tox+-транспозоны (мигрирующий генетический элемент, см. ниже), кодирующие токсинообразова-ние. Нередко tox+-транспозоны кодируют синтез интактных протоксинов (например, дифтерийного или ботулинического), активируемых клеточными протеазами, образование которых контролируют гены бактериальных хромосом.

Скрытые плазмиды. Криптические (скрытые) плазмиды не содержат генов, которые можно было бы обнаружить по их фенотипическому проявлению.

Плазмиды биодеградации. Обнаружен также ряд плазмид, кодирующих ферменты деградации природных (мочевина, углеводы) и неприродных (толуол, камфора, нафталин) соединений, необходимых для использования в качестве источников углерода или энергии, что обеспечивает им селективные преимущества перед другими бактериями данного вида. Патогенным бактериям подобные плазмиды придают преимущества перед представителями аутомикрофлоры.

Плазмиды подвержены рекомбинациям, мутациям, могут быть элиминированы (удалены) из бактерий, что, однако, не влияет на их основные свойства. Плазмиды являются удобной моделью для экспериментов по искусственной реконструкции генетического материала, широко используются в генетической инженерии для получения рекомбинантных штаммов. Благодаря быстрому самокопированию и возможности конъюгационной передачи плазмид внутри вида, между видами или даже родами плазмиды играют важную роль в эволюции бактерий.