Физиология и биохимия микроорганизмов Принципы систематики микроорганизмов

Физиология и биохимия микроорганизмов. Принципы систематики микроорганизмов

План лекции n n n Химический состав бактериальной клетки Особенности питания бактерий Механизмы транспорта веществ в бактериальную клетку Ферменты микроорганизмов Типы биологического окисления у микроорганизмов Рост и размножение микроорганизмов Питательные среды Культуральные свойства микроорганизмов Репродукция вирусов Культивирование вирусов Принципы систематики микроорганизмов

Метаболизм микроорганизмов состоит из двух взаимосвязанных процессов анаболизма или конструктивного метаболизма и катаболизма или энергетического метаболизма.

Особенности питания бактерий: n n n нет специальных органов пищеварения; усвоение питательных веществ происходит всей поверхностью клетки; быстрота энергетических процессов; высокая приспособляемость к меняющимся условиям питания; расщепление сложных органических веществ происходит, главным образом, вне клетки; разнообразие использования органических и неорганических веществ.

Классификация бактерий по источнику питания n n Аутотрофы (для построения клеток используют неорганические вещества). Гетеротрофы (для построения клеток используют органические вещества). Классификация бактерий по источнику энергии n n Фототрофы (источником энергии является свет). Хемотрофы (источником энергии являются окислительновосстановительные реакции).

Механизмы транспорта веществ в бактериальную клетку Наружная среда Простая Диффузия Мембрана Внутренняя среда П Облегчённая диффузия П Энергизованный источник П Активный транспорт Энергия П HPr~P Транслокация радикалов П HPr ФЕП Фермент П --P Пируват

Ферменты микроорганизмов Ферменты- катализаторы биологических процессов. Характерным свойством ферментов является их специфичность. Каждый фермент участвует только в определенной реакции с определенным химическим соединением.

Экзоферменты выделяются бактериальной клеткой в окружающую среду и осуществляют внеклеточное переваривание. Эндоферменты участвуют в процессах метаболизма внутри клетки.

Классификация ферментов по типам химических реакций, в которых они участвуют: оксидоредуктазы (молочная дегидрогеназа); трансферазы (фосфатаза, трансаминаза); гидролазы (пептидаза, липаза); лиазы (декарбоксилаза); лигазы (ацетил Ко. А-синтетаза); изомеразы (аконитаза).

Классификация ферментов микроорганизмов в зависимости от наличия или отсутствия субстрата Конститутивные (продукция не зависит от наличия или отсутствия субстрата). Адаптивные: индуцибельные (продукция индуцируется присутствием субстрата);

Классификация ферментов микроорганизмов в зависимости от наличия или отсутствия субстрата Конститутивные (продукция не зависит от наличия или отсутствия субстрата). Адаптивные: индуцибельные (продукция индуцируется присутствием субстрата); репрессибельные (ингибируемые) (продукция подавляется накоплением субстрата).

Питательные вещества Жиры Белки Углеводы Жирные кислоты и глицерин Аминокислоты Глюкоза и др. сахара Гликолиз -окисление Катаболизм аминокислот Пируваты Ацетил-Ко. А Цикл Кребса СО 2 Энергизированные электроны Электронная транспортная цепь АТФ Н 2 О О 2

Питательные вещества Углеводы Глюкоза и др. сахара Гликолиз Пируваты Брожение Молочнокислое (молочная кислота) Гомоацетатное (ацетат, СО 2) Спиртовое (С 2 Н 5 ОН+СО 2) Маслянокислое (масляная кислота) Пропионовокислое (пропионовая кислота, уксусная кислота, СО 2) Смешанное (муравьиновокислое) (уксусная кислота, яблочная кислота, С 2 Н 5 ОН, СО 2, Н 2 О)

Типы биологического окисления Типы Характеристика Этапы Участие О 2 Ферментыоксидоредуктазы Конечный акцептор Н (электронов) Продукты окисления Освобождение энергии Аэробный Анаэробный Гликолиз Цикл Кребса Дыхательная цепь Гликолиз Брожение + НАДФ ФАД ФМН Цитохромная система Супероксиддисмутаза Каталаза О 2 НАДФ ФАД ФМН СО 2, Н 2 О 38 молекул АТФ 2872 к. Дж/моль Неорганические, органические соединения Промежуточные 2 молекулы АТФ 166 к. Дж/моль

Показатель анаэробности среды: r. H 2 – показатель насыщенности среды кислородом. Диапазон изменений – 0 -41. Облигатные анаэробы – 0 -12. Облигатные аэробы – 20 -41. Факультативные анаэробы – 10 -40.

Способы создания анаэробных условий n n n Физические: удаление воздуха; замена воздуха индифферентным газом; удаление кислорода (сжигание); культивирование в глубине агара. Химические: связывание кислорода воздуха химическим путём. Биологические: совместное культивирование анаэробных и аэробных микроорганизмов на плотной питательной среде.

Деление микроорганизмов Грамположительные Грамотрицательные

Динамика роста и размножения микроорганизмов

Требования, предъявляемые к питательным средам: n n n n наличие необходимых питательных веществ в достаточном количестве и легкоусвояемой форме; оптимальная кислотность (р. Н); оптимальный редокс-потенциал (r. H 2); изотоничность; влажность; нетоксичность для исследуемых микробов; определённая вязкость; стерильность.

Классификация питательных сред По консистенции: n n n жидкие; полужидкие; плотные. По составу: n n простые; сложные. По происхождению: n n n естественные; искусственные; синтетические. По назначению: n n n n основные; обогащённые (специальные); селективные (элективные); накопительные; дифференциально-диагностические; транспортные и консервирующие; среды для хранения культур.

Культуральные свойства микроорганизмов: n n оптимальные условия культивирования (соответствующая и полноценная питательная среда, оптимальная температура, аэробность или анаэробность и т. д. ); характер роста на жидких и плотных питательных средах.

Пигменты микроорганизмов Значение пигментов: nзащита микробов от действия солнечного света; nучастие в обмене веществ микроорганизмов. Условия образования: nсолнечный свет; nналичие кислорода. Классификация пигментов по растворимости: nрастворимые в воде (пиоцианин); nрастворимые в органических растворителях (продигиозан); nнерастворимые в воде и органических растворителях (липохромы).

Колония – скопление бактерий одного вида на (или в) плотной питательной среде. Чистая культура – популяция микробов, состоящая из особей одного вида. Штамм – чистые культуры микробов одного вида, полученные из разных источников или из одного источника в разное время. Клон – культура микроорганизмов, полученная из одной клетки.

Микоплазмы Колонии микоплазм в виде яичницы-глазуньи

Хламидии Репликативный цикл Chlamydia trachomatis

Типы взаимодействия вируса с клеткой: n n n продуктивный; абортивный; интегративный.

Репродукция вирусов 1. Адсорбция вириона на поверхности клетки. 2. Проникновение внутрь: а) рецептор-зависимый эндоцитоз; б) слияние оболочки вириона с клеточной мембраной. 3. «Раздевание» вирионов. 4. Синтез компонентов вириона. 5. Сборка вириона. 6. Выход вириона из клетки: а) взрывной путь; б) почкование, экзоцитоз.

Репродукция вирусов 1. ДНК-содержащие ______ и-РНК ______ Белок Ретровирусы Ревертаза 2. РНК-содержащие А) Б) + - Белок и-РНК + + + - - В) Реовирусы, ротавирусы Белок - ___ + +- и-РНК - Белок

Культивирование вирусов: n в организме лабораторных животных; в куриных эмбрионах; n в культурах клеток. n

Виды культур клеток n n n По числу жизнеспособных генераций: первичные или первично-трипсинизированные (выдерживают не более 5 -10 пассажей); полуперевиваемые (выдерживают до 50 пассажей); перевиваемые (раковые клетки или нормальные клетки зародыша). По технике приготовления: n n n однослойные; суспензионные; органные.

Взаимодействие бактериофага с бактериальной клеткой Адсорбция бактериофага Синтез ДНК и белка Формирование фаговых частиц Выход фаговых частиц из клетки Внедрение в клетку

Взаимодействие бактериофага с бактериальной клеткой Литический путь Бактериофаг Бактерия ДНК Лизогения Хромосома Умеренные фаги встраиваются в хромосому бактерии (профаг) и реплицируются вместе с ней. При выходе из хромосомы вирус может захватывать и передавать соседние участки (трансдукция).

Применение бактериофагов: n n диагностика (фаготипирование); лечение; биотехнология (получение рекомбинантных ДНК); характеристика объектов окружающей среды.

Признаки микроорганизмов, используемые для их систематики и идентификации: • • • морфологические; тинкториальные свойства культуральные свойства; подвижность; спорообразование; типы питания и биологического окисления (дыхания); ферментативные свойства; чувствительность к специфическим бактериофагам; антигенные свойства; химический состав.

Основные методы микробиологии: n микроскопический Фазово-контрастная микроскопия Люминесцентная микроскопия Тёмнопольная микроскопия Окраска по Романовскому. Гимзе Электронная микроскопия

Основные методы микробиологии: n n n n микроскопический; микробиологический (бактериологический, микологический, вирусологический); серологический; аллергологический; биологический; хемотаксономический; молекулярно-биологический (ПЦР, ЛЦР, саузернблоттинг и нозернблоттинг, ДНК-гибридизация, риботипирование, рестрикционный анализ).

Место микробов среди живых существ ЭУКАРИОТЫ ПРОКАРИОТЫ НЕКЛЕТОЧНЫЕ РАСТЕНИЯ ГРИБЫ ЖИВОТНЫЕ ПРОСТЕЙШИЕ АКТИНОМИЦЕТЫ СПИРОХЕТЫ БАКТЕРИИ МИКОПЛАЗМЫ РИККЕТСИИ ХЛАМИДИИ ВИРУСЫ

Вид – совокупность микроорганизмов, имеющих общий корень происхождения (степень гомологии ДНК 60% и более, близкое суммарное содержание Г+Ц) и максимально близкие фенотипические признаки и свойства.

Таксономические категории, применяемые для классификации микробов Таксономическая категория Пример для бактерий Пример для грибов Пример для простейших Домен Bacteria Eucarya Eumycota (Fungi или Eumycota Protozoa Царство Пример для вирусов Vira Тип Proteobacteria Ascomycota Sporozoa Класс Gammaproteobacteria Archiascomycetes Coccidea Порядок Thiotrichales Pneumocystidales Haemosporida Семейство Francisellaceae Род Francisella Pneumocystis Plasmodium Lyssavirus Вид Francisella tularensis Pneumocystis (carinii) jiroveci Plasmodium vivax Rabies virus Подвид Francisella tularensis subsp. tularensis Mononegavirales Rhabdoviridae

Критерии классификации вирусов: n n n n n тип нуклеиновой кислоты, её структура; размер и морфология вириона, тип его симметрии, число капсомеров; наличие суперкапсида; феномены генетического взаимодействия; антигенные свойства; круг восприимчивых хозяев; способ передачи вируса; патогенность; географическое распространение и др.

Методы обнаружения вирусов 1. Микроскопические: а) вирусоскопия; б) обнаружение включений. 2. Вирусологические: а) цитопатический эффект в виде образования «бляшек» или «негативных колоний» ; б) «цветная» реакция в культуре клеток. 3. Иммунологические: а) иммунная электронная микроскопия; б) иммунофлюоресценция; в) гемагглютинация; г) гемадсорбция. 4. Молекулярно-биологические (ПЦР). 5. Биологические (развитие у животных клинических проявлений, патоморфологических изменений органов и тканей).

Методы идентификации вирусов 1. Реакция торможения гемагглютинации. 2. Реакция задержки гемадсорбции. 3. Реакция связывания комплемента. 4. Реакция преципитации в геле.