Микробиология – наука о мельчайших, невидимых невооруженным глазом организмах – микроорганизмах. Систематика микроорганизмов крайне сложна. У многих микробов сходны морфологические признаки, родственные связи неясны, эволюция неизвестна. К микробам относят микроскопические организмы различных систематических групп - это: бактерии - Bacteriae грибы -Fungi простейшие- Protazoa сине-зеленые и некоторые одноклеточные водоросли.
Бактерии – мельчайшие из организмов, обладающих клеточным строением; их размеры составляют от 0, 1 до 10 мкм. Часть микробиологии, изучающая бактерии, называется бактериологией. На найденном в Антарктиде метеорите обнаружены следы жизнедеятельности микроорганизмов из космоса. Современные виды микроорганизмов – палочковидные бактерии и кокки. Бактерии – древнейшие из известных организмов. Следы жизнедеятельности бактерий и сине-зелёных водорослей (строматолиты) относятся к архею и датируются возрастом 3, 5 млрд. лет. В настоящее время бактерии выделены в отдельное надцарство доядерных организмов - прокариот. Генетический материал прокариот находится в нуклеоиде, который представлен одной нитью ДНК и расположен в цитоплазме. В клетках прокариот отсутствуют центриоли, митохондрии, пластиды, а также другие мембранные органеллы.
ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ МИКРОБИОЛОГИИ Антуан ван Левенгук (1632 -1723) впервые увидел и описал удивительный мир «анималькулей» - микроскопических зверушек. Левенгук обнаружил бактерии в зубном налете. Он видел палочковидные, кокковидные, извитые формы, а также разнообразное движение микробов. Особенно поразило Левенгука большое число микроорганизмов в полости рта человека. В дальнейшем Левенгук описал ряд других микроорганизмов (инфузорий), которых находил в специально приготовленных настоях. Открытие Левенгука поразило его современников. Антуан ван Левенгук (16321723) Микроскоп и техника микроскопии А. Левенгука
Левенгук считается открывателем первых простейших (1674), бактерий (1676), сперматозоидов (1677), дрожжевых грибков (1680), клеточного ядра в красных кровяных тельцах лягушки (1680), паразитирующих жгутиковых (1681) и других микроскопических «противных существ» , как он их называл. В 1695 г. натуралист– самоучка опубликовал книгу «Тайны природы, открытые Антони Левенгуком» , где с присущей ему тщательностью подробно описал все свои наблюдения и опыты. Антони ван Левенгук Первые изображения бактерий в работе А. Левенгука
ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ МИКРОБИОЛОГИИ Основателем науки «Микробиология» является французский химик Луи Пастер, который изучил биохимические процессы бактерий, разработал методы диагностики инфекционных заболеваний, меры борьбы с вредным влиянием бактерий и технологию приготовления вакцин. Луи Пастер (1822 – 1895) Немецкий врач Роберт Кох открыл возбудителя туберкулеза и разработал метод выделения чистых культур на плотных питательных средах, выделил туберкулин. Роберт Кох (1843 – 1910)
Илья Ильич Мечников (1845 – 1916) Дмитрий Иосифович Ивановский (1864 -1920) И. И. Мечников разработал методику получения иммунных сывороток, создал учение об антагонизме бактерий и теорию иммунитета, открыл явление фагоцитоза. Д. И. Ивановский в 1892 году открыл новые микроорганизмы – вирусы. Термин «вирусы» ввел в 1899 г. Мартин Бейеринк.
В клеточной стенке нет муреина. Липиды мембран содержат изопреноидные углеводороды. Являются первыми организмами на Земле. Метаногенные Галобактерии, Серозависимые
Строение бактериальной клетки
Строение прокариотической клетки 1 - плазмида; 2 - клеточная стенка; 3 - плазматическая мембрана; 4 - нуклеоид; 5 - жгутик; 6 - рибосомы и полисомы.
Электронная микрофотография бактериальной клетки
Клеточная оболочка бактерий капсула Клеточная стенка Цитоплазматическая мембрана Некоторые бактерии имеют капсулу - слизистый слой. Капсула предохраняет бактерию от действия фагоцитов. Клеточная стенка - оболочка, которая оделяет микробную клетку от окружающей среды. Клеточная стенка прочная и эластичная. Цитоплазматическая мембрана имеет типичное строение элементарной мембраны.
Поверхностный аппарат бактерий Клеточная стенка В клеточной стенке грамположительных бактерий содержится небольшое количество полисахаридов, липидов, белков. Основным компонентом толстой клеточной стенки этих бактерий является многослойный пептидогликан (муреин, мукопептид), составляющий 40 -90 % массы клеточной стенки. С пептидогликаном клеточной стенки грамположительных бактерий ковалентно связаны тейхоевые кислоты (от греч. teichos — стенка). В состав клеточной стенки грамотрицательных бактерий входит наружная мембрана, связанная посредством липопротеина с подлежащим слоем пептидогликана. капсула Клеточная стенка Цитоплазматическая мембрана
На ультратонких срезах бактерий наружная мембрана имеет вид волнообразной трехслойной структуры, сходной с внутренней мембраной, которую называют цитоплазматической. Основным компонентом этих мембран является бимолекулярный (двойной) слой липидов.
Капсулы бактерий Капсула, микрокапсула, слизь. Капсула — слизистая структура толщиной более 0, 2 мкм, прочно связанная с клеточной стенкой бактерий и имеющая четко очерченные внешние границы. Капсула различима в мазкахотпечатках из патологического материала. В чистых культурах бактерий капсула образуется реже. Она выявляется при специальных методах окраски мазка (например, по Бурри-Гинсу), создающих негативное контрастирование веществ капсулы: тушь образует темный фон вокруг капсулы. Капсулы пневмококка
Капсула состоит из полисахаридов (экзополисахаридов), иногда — из полипептидов; например, у сибиреязвенной бациллы она состоит из полимеров D-глутаминовой кислоты. Капсула гидрофильна, препятствует фагоцитозу бактерий. Капсула антигенна: антитела против капсулы вызывают ее увеличение (реакция набухания капсулы). Многие бактерии образуют микрокапсулу — слизистое образование толщиной менее 0, 2 мкм, выявляемое лишь при электронной микроскопии. От капсулы следует отличать слизь — мукоидные экзополисахариды, не имеющие четких границ. Слизь растворима в воде. Бактериальные экзополисахариды участвуют в адгезии (прилипании к субстратам). Кроме синтеза экзополисахаридов бактериями, существует и другой механизм их образования: путем действия внеклеточных ферментов бактерий на дисахариды. В результате этого образуются декстраны и леваны. Капсулы клебсиеллы. Окраска по Бурри-Гинсу.
Строение бактериальной клетки
Строение прокариотической клетки 1 - плазмида; 2 - клеточная стенка; 3 - плазматическая мембрана; 4 - нуклеоид; 5 - жгутик; 6 - рибосомы и полисомы.
Содержимое бактериальной клетки, ограниченное цитоплазматической мембраной, прозрачное, водянистое или слегка вязкое вещество называется цитоплазмой. В цитоплазме находится ядерное вещество – нуклеоид, состоящий из ДНК и белков. Нуклеоид содержит кольцевую молекулу ДНК, которая осуществляет процессы регуляции жизнедеятельности клетки, а ткже участвует в передаче наследственной информации при делении. В цитоплазме могут находится небольшие участки ДНК кольцевидной формы – плазмиды. нуклеоид мезосома рибосомы плазмиды В цитоплазме расположены рибосомы – гранулы, состоящие из р-РНК и белка. Рибосомы осуществляют синтез белка. Скопление рибосом - полисомы Мезосомы – это закрученные участки цитоплазматической мембраны, участвуют в процессе образования энергии. Многие бактерии содержат включения - гранулы - крахмала, белка, гликогена, зерна волютина, что часто является важным диагностическим признаком.
Организация генома у прокариот Нуклеоид — эквивалент ядра у бактерий. Он расположен в центральной зоне бактерий в виде двунитевой ДНК, замкнутой в кольцо и плотно уложенной наподобие клубка. Обычно в бактериальной клетке содержится одна хромосома, представленная замкнутой в кольцо молекулой ДНК. Кроме нуклеоида, представленного одной хромосомой, в бактериальной клетке имеются внехромосомные факторы наследственности в виде ковалентно замкнутых колец ДНК — так называемые плазмиды
В цитоплазме расположены рибосомы – гранулы, состоящие из р-РНК и белка. Рибосомы осуществляют синтез белка. Скопление рибосом - полисомы Мезосомы – это закрученные участки цитоплазматической мембраны, участвуют в процессе образования энергии. Многие бактерии содержат включения - гранулы крахмала, белка, гликогена, зерна волютина, что часто является важным диагностическим признаком.
Жгутики и пили бактерий монотрих амфитрих перитрих Большинство бактерий передвигаются пассивно, с помощью водных или воздушных течений. Только некоторые из них имеют органеллы движения – жгутики. По количеству жгутиков выделяют монотрихи, перитрихи, амфитрихи и лофотрихи. Жгутики представляют собой тонкие нити, берущие начало от цитоплазматической мембраны, имеют большую длину, чем сама клетка.
Толщина жгутиков 12 -20 нм, длина 3 -15 мкм. Они состоят из 3 частей: спиралевидной нити, крюка и базального тельца, содержащего стержень со специальными дисками (1 пара дисков — у грампо-ложительных и 2 пары дисков — у грамотрицательных бактерий). Дисками жгутики прикреплены к цитоплазматической мембране и клеточной стенке. При этом создается эффект электромотора со стержнем-мотором, вращающим жгутик. Жгутики состоят из белка — флагеллина (от flagettum — жгутик), являющегося Н-антигеном. Субъединицы флагеллина закручены в виде спирали. Число жгутиков у бактерий различных видов варьирует от одного (монотрих) у холерного вибриона до десятка и сотен жгутиков, отходящих по периметру бактерии (перитрих) у кишечной палочки, протея и др.
Пили (фимбрии, ворсинки) — нитевидные образования, более гонкие и короткие (3 -10 нм х 0, 3 -10 мки), чем жгутики. Пили отходят от поверхности клетки и состоят из белка пилина, обладающего антигенной активностью. Различают пили, ответственные за адгезию, т. е. за прикрепление бактерий к поражаемой клетке, а также пили, ответственные за питание, водно-солевой обмен и половые (F-пили), или коньюгационные, пили. Пили многочисленны — несколько сотен на клетку. Однако половых пилей обычно бывает 1 -3 на клетку: они образуются так называемыми «мужскими» клетками-донорами, содержащими трансмиссивные плазмиды (F-, R-, Colплазмиды). Отличительной особенностью половых пилей является взаимодействие с особыми «мужскими» сферическими бактериофагами.
Спорообразование Споры — своебразная форма покоящихся бактерий, т. е. бактерий с грамположительным типом строения клеточной стенки. Споры образуются при неблагоприятных условиях существования бактерий. Внутри бактериальной клетки Клетка спорообразующей бациллы. образуется одна спора. Образование спор способствует сохранению вида и не является способом размножения, как у грибов. Спорообразующие бактерии рода Bacillus имеют споры, не превышающие диаметр клетки. Бактерии, у которых размер споры превышает диаметр клетки, называются клостридиями, например, бактерии рода Clostridium. Форма спор может быть овальной, шаровидной; расположение в клетке — терминальное, т. е. на конце палочки (у возбудителя столбняка), субтерминальное — ближе к концу палочки (у возбудителей ботулизма, газовой гангрены) и центральное (у сибиреязвенной бациллы). Спора долго сохраняется из-за наличия многослойной оболочки, дипиколината кальция и низкого содержания воды.
Спорообразование – процесс обособления ядерного вещества и части цитоплазмы оболочкой, состоящей из липидов солей кальция и минимальным содержанием воды, обладающий сильным лучепреломлением. Спорообразование длится 18 - 20 часов. Оставшаяся часть клетки вскоре отмирает. В споре затухают все обменные процессы. У различных видов бактерий споры различаются по размеру, по форме и по расположению. Возбудитель столбняка несет круглую спору на самом конце палочки. У возбудителя сибирской язвы спора расположена посередине. Возбудитель ботулизма имеет очень большую спору на конце.
Спорообразование длится 18 - 20 часов. Оставшаяся часть клетки вскоре отмирает. В споре затухают все обменные процессы. У различных видов бактерий споры различаются по размеру, форме и по расположению. споры Возбудитель столбняка несет круглую, крупную спору на самом конце палочки. У возбудителя сибирской язвы спора расположена посередине. Возбудитель ботулизма имеет очень большую спору на конце. Возбудитель сибирской язвы с созревающими спорами
Деление бактерий . Скорость деления большинства микроорганизмов - раз в 15 - 30 минут. Кишечная палочка делится раз в 15 - 17 минут; брюшнотифозная палочка раз в 24 минуты, дифтерийная палочка – в 34 минуты, микобактерии туберкулеза раз в 18 часов, а спирохеты - раз в 10 часов. Перед делением ДНК реплицируется, и каждая дочерняя клетка получает по своей копии родительской ДНК.
Фазы роста и деления бактерий Деление грамотрицательной бактерии 1) лаг-фаза (англ. lag — запаздывание) — период между посевом бактерий и началом их размножения, продолжительностью 4 -5 часов; 2) фаза логарифмического (экспоненциального) роста — период интенсивного деления бактерий, продолжительностью 5 -6 часов; 3) фаза стационарного роста, при которой количество жизнеспособных клеток не изменяется, составляя максимальный уровень (М-концентрация); 4) фаза гибели бактерий.
У бактерий описан половой процесс - передача ДНК между неделящимися клетками (посредством захвата «голой» ДНК, при помощи бактериофагов или путём конъюгации – полового процесса, когда бактерии соединяются между собой копуляционными фимбриями), однако увеличения количества особей при этом не происходит. Конъюгация и перенос F-фактора: 1 -репликация, перенос (2) и синтез 2 -ой цепи (3). Микрофотография конъюгации бактерий
Классификация бактерий В настоящее время бактерии выделены в отдельное царство. Наиболее распространённой системой классификации бактерий является система Берги.
КЛАССИФИКАЦИЯ БАКТЕРИЙ 1. По питанию (способу добывания пищи): Бактерии Автотрофы Фотосинтетики Имеют пигмент хлорофиллин: Зеленые и пурпурные серобактерии Хемосинтетики Используют энергию, полученную при окислении неорганических веществ: железобактерии, нитрофицирующие бактерии Гетеротрофы Сапрофиты Извлекают питательные вещества из мертвого органическог о материала Паразиты Симбиоты Тесно связаны с жизнью других, чаще высших организмов Живут и питаются внутри живого организма
Основы классификации бактерий В настоящее время бактерии выделены в отдельное царство. Наиболее распространённой системой классификации бактерий является система Берги. По форме различают шаровидные бактерии, палочковидные и извитые.
Кокки Шаровидные бактерии называются кокки (coccus - зерно). Размеры кокков 1 -1, 5 мкм. Кокки различаются между собой в зависимости от расположения клеток в мазке, что определяется особенностями их деления. Одиночные – микрококки, в основном, сапрофитные обитатели воздуха, воды и почвы. Диплококки – кокки , лежащие в мазке попарно, это пневмококки, гонококки и менингококки. Стрептококки в мазке лежат в виде цепочки, это возбудители гнойных инфекций – ангины, тонзиллита, пневмонии, отита, послеродового сепсиса и др. . Тетракокки в мазке лежат по четыре клетки, как правило, это не патогенные (не вызывающие заболевания) микробы. Стафилококки в мазке лежат в виде беспорядочных скоплений, напоминающих гроздья винограда. Это возбудители более 270 различных гнойных заболеваний. Размеры кокков 1 -1, 5 мкм.
Бактерии Палочковидные бактерии (от гр. bacteriae - палочка) имеют цилиндрическую форму. Кишечная палочка Возбудитель дизентерии Возбудитель чумы
Извитые формы бактерий имеют вид спирали с завитками - это спириллы. Вибрионы - слабоизогнутые клетки имеющие форму запятой. Спирилла Спирохеты Спирилла Вибрион
3. По дыханию (по степени потребности в молекулярном кислороде) Дыхание бактерий Аэробы Факультативные Используют кислород воздуха для окисления органических веществ Могут жить в той или другой среде, но предпочитают (интенсивно размножаются) определенную, например, факультативный анаэроб (кишечная палочка, молочнокислые бактерии) (холерный вибрион. микобактерии туберкулеза) Анаэробы Живут в бескислородной среде и получают энергию в результате брожения (клостридии)
Взаимодействие бактерий Симбиоз «Кефирные зерна» - молочнокислые бактерии (разлагают лактозу молока) + дрожжи (сбраживают моноуглеводы до спиртов) Метабиоз Антагонизм Развитие одних подавляет развитие Продукты других за счет жизнедеятельности выработки кислот, одних бактерий токсинов, ферментов, создают условия для антибиотиков: развития других : молочнокислые гнилостные – бактерии подавляют нитрофицирующие – денитрофицирующие – развитие гнилостных бактерий в кишечнике. аэробы – анаэробы.
Значение бактерий Название групп бактерий Положительное значение Отрицательное значение Клубеньковые и почвенные Обогащение почвы азотными удобрениями, минерализация орг. веществ - Гнилостные Санитарная роль (минерализация органических останков) Порча продуктов и кормов, разрушение деревянных построек. Молочнокислые Производство молочнокислых продуктов, засолка овощей и силосование кормов Порча продуктов и кормов Уксуснокислые Получение органических кислот, Порча продуктов и кормов консервирование овощей и фруктов Паразитические Получение вакцин и лечебнопрофилактических сывороток Инфекционные болезни растений, животных и человека
Бактерии полезные для человека Пищевая промышленность: хлебопечение, молочнокислые продукты, виноделие, пивоварение. Химико-биологическая промышленность спирты, орг. кислоты, ацетон, ферменты, витамины, искусственный белок Бактерии Очистка сточных вод от органических веществ, получение метана Сельское хозяйство: плодородие почвы, силосование кормов, образование перегноя, борьба с вредителями полей, садов и огородов. Фармакологическая промышленность: антибиотики, вакцины, сыворотки, инсулин, интерферон и др. лекарства
Сравнительная характеристика прокариотических и эукариотических организмов Характеристика Прокариоты Организмы Клеточная организация Клеточные стенки ДНК Цитоплазма Эукариоты Бактерии, цианобактерии, архибактерии. Одноклеточные Грибы, растения, животные. Плотная, жесткая, содержит полисахариды, аминокислоты и липиды. Основной компонент – муреин. Кольцевая ДНК в цитоплазме. Нет ядра, ограниченного мембраной, ДНК с белковым комплексом образует нуклеоид. Отсутствие цитоскелета, движения цитоплазмы, эндо- и экзоцитоза У зеленых растений и грибов клеточная стенка жесткая содержит полисахариды. Основной компонент клеточной стенки растений - целлюлоза, у грибов - хитин. Длинные ДНК с большим количеством некодирующих участков организованы в хромосомы, окружены ядерной оболочкой. Есть ядрышки. Одноклеточные и многоклеточные с клеточной дифференцировкой Имеется микротрабекулярный цитоскелет, активное движение цитоплазмы, эндоцитоз и экзоцитоз.
Сравнительная характеристика прокариотических и эукариотических организмов Характеристика Прокариоты Эукариоты Органелл мало. Имеются мембранные органеллы Присутствуют эндоплазматическая сеть, митохондрии, мезосомы и рибосомы пластиды, комплекс Гольджи, лизосомы, пероксисомы; и немебранные органеллы рибосомы, центриоли. РНК и белки синтезируются в одном компартменте цитоплазме. Жгутики Простые, состоят из Сложные, с расположением одной или нескольких микротрубочек типа 9+2. фибрилл. Деление Бинарное деление. Митоз (или мейоз), амитоз. Метаболизм Анаэробный Аэробный или вторично анаэробный или Синтез и созревание (процессинг) РНК происходит в ядре, синтез белков в цитоплазме.
Скачать презентацию Микробиология наука о мельчайших невидимых невооруженным глазом
Прокариотическая клетка.ppt