Микробиология – наука, предметом изучения которой являются микроскопические существа, называемые микроорганизмами, их биологические признаки, систематика, экология, взаимоотношения с другими организмами.

Микроорганизмы – наиболее древняя форма организации жизни на Земле. По количеству они представляют собой самую значительную и самую разнообразную часть организмов, населяющих биосферу.

К микроорганизмам относят:

1) бактерии;

2) вирусы;

4) простейшие;

5) микроводоросли.

Общий признак микроорганизмов – микроскопические размеры; отличаются они строением, происхождением, физиологией.

Бактерии – одноклеточные микроорганизмы растительного происхождения, лишенные хлорофилла и не имеющие ядра.

Грибы – одноклеточные и многоклеточные микроорганизмы растительного происхождения, лишенные хлорофилла, но имеющие черты животной клетки, эукариоты.

Вирусы – это уникальные микроорганизмы, не имеющие клеточной структурной организации.

Основные разделы микробиологии: общая, техническая, сельскохозяйственная, ветеринарная, медицинская, санитарная.

Общая микробиология изучает наиболее общие закономерности, свойственные каждой группе перечисленных микроорганизмов: структуру, метаболизм, генетику, экологию и т. д.

Основной задачей технической микробиологии является разработка биотехнологии синтеза микроорганизмами биологически активных веществ: белков, ферментов, витаминов, спиртов, органических веществ, антибиотиков и др.

Сельскохозяйственная микробиология занимается изучением микроорганизмов, которые участвуют в круговороте веществ, используются для приготовления удобрений, вызывают заболевания растений и др.

Ветеринарная микробиология изучает возбудителей заболеваний животных, разрабатывает методы их биологической диагностики, специфической профилактики и этиотропного лечения, направленного на уничтожение микробов-возбудителей в организме больного животного.

Предметом изучения медицинской микробиологии являются болезнетворные (патогенные) и условно-патогенные для человека микроорганизмы, а также разработка методов микробиологической диагностики, специфической профилактики и этиотропного лечения вызываемых ими инфекционных заболеваний.

Разделом медицинской микробиологии является иммунология, которая занимается изучением специфических механизмов защиты организмов людей и животных от болезнетворных микроорганизмов.

Предметом изучения санитарной микробиологии являются санитарно-микробиологическое состояние объектов окружающей среды и пищевых продуктов, разработка санитарных нормативов.

2. Систематика и номенклатура микроорганизмов

Основной таксономической единицей систематики бактерий является вид.

Вид – это эволюционно сложившаяся совокупность особей, имеющая единый генотип, который в стандартных условиях проявляется сходными морфологическими, физиологическими, биохимическими и другими признаками.

Вид не является конечной единицей систематики. Внутри вида выделяют варианты микроорганизмов, отличающиеся отдельными признаками. Так, различают:

1) серовары (по антигенной структуре);

2) хемовары (по чувствительности к химическим веществам);

3) фаговары (по чувствительности к фагам);

4) ферментовары;

5) бактериоциновары;

6) бактериоциногеновары.

Бактериоцины – вещества, продуцируемые бактериями и губительно действующие на другие бактерии. По типу продуцируемого бактериоцина различают бактериоциновары, а по чувствительности – бактерициногеновары.

Для видовой идентификации бактерий необходимо знать следующие их свойства:

1) морфологические (форму и структуру бактериальной клетки);

2) тинкториальные (способность окрашиваться различными красителями);

3) культуральные (характер роста на питательной среде);

4) биохимические (способность утилизировать различные субстраты);

5) антигенные.

Виды, связанные генетическим родством, объединяют в роды, роды – в семейства, семейства – в порядки. Более высокими таксономическими категориями являются классы, отделы, подцарства и царства.

Согласно современной систематике патогенные микроорганизмы относятся к царству прокариот, патогенные простейшие и грибы – к царству эукариот, вирусы объединяются в отдельное царство – Vira.

Все прокариоты, имеющие единый тип организации клеток, объединены в один отдел – Bacteria. Однако отдельные их группы отличаются структурными и физиологическими особенностями. На этом основании выделяют:

1) собственно бактерии;

2) актиномицеты;

3) спирохеты;

4) риккетсии;

5) хламидии;

6) микоплазмы.

В настоящее время для систематики микроорганизмов используется ряд таксономических систем.

1. Нумерическая таксономия. Признает равноценность всех признаков. Для ее применения необходимо иметь информацию о многих десятках признаков. Видовая принадлежность устанавливается по числу совпадающих признаков.

2. Серотаксономия. Изучает антигены бактерий с помощью реакций с иммунными сыворотками. Наиболее часто применяется в медицинской бактериологии. Недостаток – бактерии не всегда cодержат видоспецифический антиген.

3. Хемотакcономия. Применяются физико-химические методы, с помощью которых исследуется липидный, аминокислотный состав микробной клетки и определенных ее компонентов.

4. Генная систематика. Основана на способности бактерий с гомологичными ДНК к трансформации, трансдукции и конъюгации, на анализе внехромосомных факторов наследственности – плазмид, транспозонов, фагов.

Совокупность основных биологических свойств бактерий можно определить только у чистой культуры – это бактерии одного вида, выращенные на питательной среде.

3. Питательные среды и методы выделения чистых культур

Для культивирования бактерий используют питательные среды, к которым предъявляется ряд требований.

1. Питательность. Бактерии должны содержать все необходимые питательные вещества.

2. Изотоничность. Бактерии должны содержать набор солей для поддержания осмотического давления, определенную концентрацию хлорида натрия.

3. Оптимальный рН (кислотность) среды. Кислотность среды обеспечивает функционирование ферментов бактерий; для большинства бактерий составляет 7,2–7,6.

4. Оптимальный электронный потенциал, свидетельствующий о содержании в среде растворенного кислорода. Он должен быть высоким для аэробов и низким для анаэробов.

5. Прозрачность (чтобы был виден рост бактерий, особенно для жидких сред).

6. Стерильность (чтобы не было других бактерий).

Классификация питательных сред

1. По происхождению:

1) естественные (молоко, желатин, картофель и др.);

2) искусственные – среды, приготовленные из специально подготовленных природных компонентов (пептона, аминопептида, дрожжевого экстракта и т. п.);

3) синтетические – среды известного состава, приготовленные из химически чистых неорганических и органических соединений (солей, аминокислот, углеводов и т. д.).

2. По составу:

1) простые – мясопептонный агар, мясопептонный бульон, агар Хоттингера и др.;

2) сложные – это простые с добавлением дополнительного питательного компонента (кровяного, шоколадного агара): сахарный бульон, желчный бульон, сывороточный агар, желточно-солевой агар, среда Китта-Тароцци, среда Вильсона-Блера и др.

3. По консистенции:

1) твердые (содержат 3–5 % агар-агара);

2) полужидкие (0,15-0,7 % агар-агара);

3) жидкие (не содержат агар-агара).

4. По назначению:

1) общего назначения – для культивирования большинства бактерий (мясопептонный агар, мясопептонный бульон, кровяной агар);

2) специального назначения:

а) элективные – среды, на которых растут бактерии только одного вида (рода), а род других подавляется (щелочной бульон, 1 %-ная пептонная вода, желточно-солевой агар, казеиново-угольный агар и др.);

б) дифференциально-диагностические – среды, на которых рост одних видов бактерий отличается от роста других видов по тем или иным свойствам, чаще биохимическим (среда Эндо, Левина, Гиса, Плоскирева и др.);

в) среды обогащения – среды, в которых происходит размножение и накопление бактерий-возбудителей какого-либо рода или вида, т. е. обогащение ими исследуемого материала (селенитовый бульон).

Для получения чистой культуры необходимо владеть методами выделения чистых культур.

Методы выделения чистых культур.

1. Механическое разобщение на поверхности плотной питательной среды (метод штриха обжигом петли, метод разведений в агаре, распределение по поверхности твердой питательной среды шпателем, метод Дригальского).

2. Использование элективных питательных сред.

3. Создание условий, благоприятных для развития одного вида (рода) бактерий (среды обогащения).

Чистую культуру получают в виде колоний – это видимое невооруженным глазом, изолированное скопление бактерий на твердой питательной среде, представляющее собой, как правило, потомство одной клетки.

Микробиология как наука. Предмет и задачи микробиологии.

По эпидпоказаниям живой аттенуированной туляремийной вакциной.

Специфическое лечение – не разработано.

Микробиология как наука. Предмет и задачи микробиологии.

Микробиология (от греч. micros – малый, bios – жизнь, logos – учение) – наука о мельчайших невидимых невооруженным взглядом живых объектах – микроорганизмах, закономерностях их развития и тех изменениях, которые они вызывают в среде обитания и в окружающей среде.

Термин «микроорганизмы» ввел французский ученый Седдило в конце XIX века.

Микроорганизмы – наиболее древняя форма организации жизни на Земле, они появились задолго до возникновения растений и животных – примерно 3-4 млрд. лет тому назад. В настоящее время они представляют собой по количеству самую значительную и самую разнообразную часть организмов, населяющих биосферу Земли. Они находятся в воздухе, воде, почве, пище, на окружающих нас предметах, на поверхности и внутри нашего тела и других организмов животного и растительного мира, и даже в космосе.

Все микроорганизмы подразделяются на:

Ø патогенные (от греч. patos – болезнь) – болезнетворные, т.е. способные вызвать инфекционное заболевание;

Ø условно-патогенные – вызывают заболевания при определенных условиях;

Ø сапрофитные (от греч. sapros – гнилой и phyton – растения) – непатогенные/неболезнетворные, не вызывают заболевания у человека.

Название «микробиология» предложено французским ученым Дюкло . Микробиология зародилась в пределах биологии. Затем она постепенно дифференцировалась на самостоятельные научные дисциплины :

Ø частная;

Ø медицинская;

Ø клиническая (изучает микроорганизмы, вызывающие заболевания в ЛПУ);

Ø санитарная;

Ø ветеринарная (изучает микроорганизмы, патогенные для животных);

Ø сельскохозяйственная (изучает микроорганизмы – вредителей растений);

Ø морская (изучает микроорганизмы – обитателей морей и океанов);

Ø космическая (изучает микроорганизмы, населяющих космическое пространство);

Ø техническая микробиология (использует микроорганизмы для получения разнообразных продуктов, необходимых для жизнедеятельности людей – вакцины, диагностикумы, ферменты и т.д.).

Предмет изучении общей микробиологии – общие закономерности, биологические свойства микроорганизмов вне зависимости от их видовой принадлежности: морфологию, физиологию, биохимию, генетику, экологию, эволюцию и другие признаки микроорганизмов.

Предмет изучении частной микробиологии – особенности биологических свойств микроорганизмов, характерных определенному виду.

Предмет изучения медицинской микробиологии – патогенные и условно-патогенные микроорганизмы , процессы их взаимодействия с макроорганизмом.

Задачи медицинской микробиологии:

Ø микробиологическая диагностика инфекционных заболеваний;

Ø разработка методов специфической профилактики;

Ø разработка этиотропного лечения инфекционных болезней.

В составе медицинской микробиологии выделяю следующие разделы :

Ø бактериология (объект изучения – бактерии);

Ø вирусология (объект изучения – вирусы);

Ø микология (объект изучения – грибы);

Ø прототозоология (объект изучения – простейшие);

Ø альгология (объект изучения – микроскопичские водоросли);

Ø иммунология (объект изучения – защитных реакции организма) и др.

Предмет изучения санитарной микробиологии , тесно связанной с медицинской микробиологией, – санитарно-микробиологическое состояние объектов окружающей среды и пищевых продуктов , разработка санитарно-микробиологических нормативови методов индикации патогенных микроорганизмов в различных объектах окружающей среды.

Исторические этапы развития микробиологии.

Выделяют 5 исторических периода развития и становления микробиологии как науки.

I. Эвристический период .

Многие тысячелетия человечество пользовалось плодами жизнедеятельности микроорганизмов, не подозревая об их существовании. Хотя мысль о наличии в природе невидимых живых существ возникала у многих исследователей. Гиппократ , Парацельс (VI век до н.э.) высказывали предположение о том, что «миазмы», обитающие в болотах, вызывают различные болезни у человека, попадая в его организм через рот. В наиболее законченной форме идею сформулировал Джироламо Фракосторо в труде «О контагиях, контагиозных болезнях и лечении» (1546 г.): заражение человека может происходить тремя путями – при непосредственном соприкосновении, опосредованно (через предмет) и на расстоянии, но при обязательном участии контагий («зародышей болезней»). Однако это были гипотезы, доказательств которых у них не было.

II. Описательный период (морфологический) – охватывает вторую половину XVIII века и продолжается до середины XIX века . Связан с созданием микроскопа и открытием микроскопических существ, невидимых глазом человека. Первый микроскоп был создан в 1590 г. Гансом и Захарием Янсенами , но у него было увеличение всего лишь в 32 раза. Голландский натуралист Антоний Левенгук (1632-1723 гг.) сконструировал микроскоп с увеличением в 160-300 раз, при помощи которого ему удалось обнаружить мельчайших «живых зверьков» (анималькусов ) в дождевой воде, зубном налете и других материалах. Зарисованные им формы микроорганизмов были удивительно правдивы.

В этот же период в 1771 г. выдающийся русский врач Данило Самойлович (1744-1805 гг.) в опыте самозаражения гноем больных чумой доказал роль микроорганизмов в этиологии чумы и возможность предохранения людей от чумы с помощью прививок. Д.С. Самойлович был убежденным сторонником живой природы возбудителя чумы и за 100 с лишним лет до открытия этого микроба пытался обнаружить его. Лишь несовершенство микроскопов того времени помешало ему сделать это. Он предположил возможность искусственного создания невосприимчивости к инфекционному агенту и даже предпринял попытку создания противочумной вакцины. Эти исследования предшествовали работам Э. Дженнера. Работы Д.С. Самойловича внесли большой вклад в разработку мероприятий по борьбе с чумой.

В 1796 г. Эдвард Дженнер (1749-1823 гг.) создал и успешно применил вакцину для профилактики натуральной оспы, взяв материал от доярки, больной коровьей оспой.

III. Физиологический период (Пастеровский) (вторая половина XIX века) – «золотой век» микробиологии. С момента обнаружения микроорганизмов, возник вопрос не только об их роли в патологии человека, но и об их устройстве, биологических свойствах, процессах жизнедеятельности, экологии и т.д. Поэтому с середины XIX века началось интенсивное изучение физиологии бактерий.

Л. Пастер (1822-1895 гг.) – основатель французской школы микробиологии (химик по образованию, талантливый экспериментатор, сделал ряд фундаментальных открытий во многих областях науки, в том числе и в микробиологии), его основные достижения:

Ø открытие бактериальной природы брожения и гниения при изучение болезней вина и пива;

Ø предложение мягкого метода стерилизации – пастеризации;

Ø доказательство невозможности самопроизвольного зарождения жизни (если стерильный бульон оставить в открытой колбе, то он прорастет, но если стерильный бульон поместить в колбу, сообщающуюся с воздухом через спиральную трубку, то бульон не прорастет, т.к бактерии осядут на изогнутых частях трубки);

Ø создание основ вакцинного дела;

Ø разработка и получение вакцины против бешенства, сибирской язвы у животных и куриной холеры;

Ø открытие возбудителей сибирской язвы (Bacillus anthracis), родовой горячки (стрептококки), фурункулеза (стафилококки).

Р. Кох (1843-1910 гг.) – основатель школы немецких микробиологов, его достижения:

Ø внедрение в практику микробиологии анилиновых красителей, иммерсионной системы, плотных питательных сред;

Ø открытие возбудителей туберкулеза и холеры у человека;

Ø сформулирована триаду критериев, по которым можно было установить связь инфекционного заболевания с определенным микроорганизмом (триада Генле-Коха – эти принципы до Коха выдвигал Генле, а Кох сформулировал и развил):

1) микроб, предполагаемый в качестве возбудителя болезни, всегда должен обнаруживаться только при данном заболевании, не выделяясь при других болезнях и от здоровых людей;

2) данный микроб должен быть выделен в чистой культуре;

3) чистая культура этого микроба должна вызывать у экспериментального животного заболевание с клинической и паталогоанатомической картиной, свойственной заболеванию человека.

Сейчас эта триада имеет относительное значение, установление роли микроорганизма в развитии инфекционного заболевания не всегда укладывается в рамки триады.

IV. Иммунологический период (конец XIX – начало XX веков), связан с работами И.И. Мечникова и П. Эрлиха.

И.И. Мечников (1845-1916 гг.) – один из основоположников иммунологии, описал явление фагоцитоза (клеточная теория иммунитета).

Пауль Эрлих (1854-1915 гг.) сформулировал теорию гуморального иммунитета, объяснив происхождение антител и их взаимодействие с антигенами.

В 1908 г. И.И. Мечникову и П. Эрлиху была присуждена Нобелевская премия за работы в области иммунологии.

Конец XIXознаменовался эпохальным открытием царства вирусов.

Д.И. Ивановский (1864-1920 гг.) – первооткрыватель вирусов. Будучи сотрудником кафедры ботаники Петербургского университета в 1892 г. при изучении мозаичной болезни табака пришел он к выводу, что заболевание вызвано фильтрующимся агентом, впоследствии названным вирусом.

1928 г. – А. Флеминг , изучая явления микробного антагонизма, получил нестабильный пенициллин.

А в 1940 г. – Г. Флори и Э. Чейн получили стабильную форму пенициллина.

Отечественный пенициллин был разработан в 40-е годы прошлого столетия ленинградским микробиологом З.В. Ермольевой.

V. Современный период (начался в середине XX века) связан с научно-технической революцией в естествознании.

1944 г. – О. Эвери, К. Мак-Леод, К. Мак-Карти доказали роль ДНК в передаче наследственной информации.

1953 г. – Д. Уотсон и Ф. Крик расшифровали структуру ДНК.

В 60-70 гг. появились работы по генетике бактерий, становление генной инженерии.

1958 г. – П. Медавар и Гашек описали явление иммунологической толерантности. 1959 г. – Р. Портер и Д. Эдельман смоделировали молекулу иммуноглобулина.

1982 г. – Р. Галло, 1883 г. Л. Монтанье открыли ВИЧ.

Viva animalika – маленькие зверушки.

В середине 19 века Геккель изучая более внимательно строение бактериальных клеток обнаружил, что оно отличаться от строения клеток растений и животных. Он назвал эту группу прокариоты (клетки не имеющие настоящего ядра), а остальные растения, животные и грибы которые в клетке имеют ядро отошли в группу эукариоты.

Начинается II период развития микробиологии пастеровский или физиологический.

Работы Пастера. (1822-1895)

Пастер поставил развитие микробиологии на новый путь. По воззрениям того времени брожение считалось чисто химическим процессом

Пастер в своих работах показал, что каждый вид брожения вызывается свими специфическими возбудителями – микроорганизмами.

Изучая масляно-кислое брожение Пастер установил, что для бактерий вызывающих это брожение воздух вреден и открыл новый тип жизни анаэробиоз.

Пастер доказал невозможность самозарождения жизни.

Пастер изучал инфекционные заболевания (сибирскую язву) и предложил метод предохранительных прививок как способ борьбы с инфекциями. Пастер сделал первый шаг и зарождению новой науки – иммунология. В 1888г. В Париже на средства собранные по подписке был построен институт микробиологии.

Пастеризация.

Роберт Кох (1843-1910)

Окончательно доказал, что заразные болезни вызываются болезнетворными бактериями. Указал приемы борьбы с распространением инфекционных заболеваний – ДЕЗИНФЕКЦИЯ.

Ввел в практику микробиологических исследованный использование твердых патотельных сред для получения чистых культур.

Открыл возбудителей сибирской язвы (1877г.), туберкулеза (1882г.), холеры(1883г.).

Русская микробиология.

^ Н. Н. Мечников (1845-1916)

Продолжил работы Пастера по предохранительным прививкам и обнаружил, что в ответ на введения в кровь ослабленного возбудителя болезни в крови появляется большое количество особых иммунных тел –фагоцитов, и т.о. обосновал теорию иммунитета.

В 1909г. Получил за эту теорию Нобелевскую премию.

^ С. Н. Виноградский (1856-1953)

Следовал серобактерии, железобактерии, нитрифицирующие бактерии. Изучал почвенные бактерии. Открыл явление азотофикации. Открыл процесс хемосинтеза.

Хемосинтез исп. химических связей внутри молекул, как источник энергии для настроения новых молекул.

^ В. Л. Омелонский (1867-1928)

Написал первый учебник по микробиологии.

Методы микробиологических исследований.

Бактериоскопический –это изучение внешней формы микроорганизмов с помощью увеличительных приборов.

Бактериологический – это метод выращивания бактерий искусственных питательных средах. С помощью этого метода изучаеться форма бактериальных колоний, период роста, и др. характеристики роста бактериальных культур.

Общебиологические :

Методы молекулярной биологии,

Цитохимии

Генетики

Биофизики

Химический состав и строение бактериальной клетки.

Поверхностные клеточные структуры и внеклеточные образования: 1- клеточная стенка; 2-капсула; 3-слизистые выделения; 4-чехол; 5-жгутики; 6-ворсинки.

Цитоплазматические клеточные структуры: 7-ЦМП; 8-нуклеотид; 9-рибосомы; 10-цитоплазма; 11-хроматофоры; 12-хлоросомы; 13-пластинчатые тилакоиды; 16-мезасома; 17-аэросомы (газовые вакуоли) ; 18-ламелярные структуры;

Запасные вещества: 19-полисахарные гранулы; 20-гранулы поли-β-оксимасляной кислоты; 21-гранулы полифосфата; 22-цианофициновые гранулы; 23-карбоксисомы (полиэдральные тела); 24-вкючения серы; 25-жировые капли; 26-углеводородные гранулы.

Ультраструктура бактериальной клетки.

Разные методы исследования позволили выявить различия внутренней и внешней структуры у бактерий.

Поверхностная структура это:

Ворсинки

Клеточная стенка

Внутренние структуры:

Цитоплазматическая мембрана (ЦПМ)

Нуклеоид

Рибосомы

Мезосомы

Включения

Функции органеллы.

^ Клеточная стенка – обязательная структура для прокариотов за исключением микоплазмы и L-формы. На долю клеточной стенки приходится от 5 до 50% сухого вещества клетки.

Клеточная стенка имеет поры и пронизана сетью каналов и разрывов.

Функции

Поддержание постоянной внешней формы бактерий.

Механическая защита клетки

Дают возможности существовать в гипотонических растворах.

^ Слизистая капсула (слизистый чехол)

Капсула и слизистый чехол покрывают клетку снаружи. Капсулой называется слизистое образование покрывающее клеточную стенку, имеющее четко очерченную поверхность.

Различают:

Микрокапсулу (меньше 0,2 мкм)

Микрокапсулу (больше 0,2 мкм)

Наличие капсулы зависит от вида микроорганизмов и условий культивирования.

Различают капсульные колонии:

S-типа (гладкие, ровные, блестящие)

R-типа (шероховатые)

Функции:

Защищает клетку от механических повреждений

Защищает от высыхания

Создает дополнительный осмотический барьер

Служит препятствием для проникновения вирусом

Является источником запасных питательных веществ

Может быть приспособлением к окружающей среде

Под слизистым чехлом понимают аморфное бесструктурное слизистое вещество окружающее клеточную стенку и легко отделяющееся от неё.

Иногда ослизнение происходит у нескольких клеток так, что образуется общий чехол (зоология)

Функции:

Те же, что у капсулы.

Ворсинки представляют собой тонкие полые образования белковой природы (длина от 0,3-10 мкм, толщина 10 нм). Ворсинки подобно жгутикам являеться поверхностными придатками бактериальной клетки, но не выполняют локомоторную реакцию.

Жгутики

Функция

Локомоторная

ЦПМ – обязательный структурный элемент клетки. На долю ЦПМ приходиться 8-15% сухого вещества клетки из них 50-70% - белки 15-30% - липиды. Толщина ЦПМ 70-100Å (10⁻¹⁰).

Функции:

Перенос веществ – через мембраны,

Активный (против градиента концентрации, осуществляется белками – ферментами с затратой энергии)

Пассивный (по градиенту концентрации)

Локализуется большинство ферментативных систем клетки

Имеет специальные участки для прикрепления ДНК прекариотной клетки и именно рост мембраны обеспечивает разделение геномов при делении клетки.

Нуклеоид . Вопрос о наличии ядра у бактерий в течении десятилетий носил дискуссионный характер.

При помощи электронной микроскопии ультратонких срезов бактериальных клеток, усовершенствованных цитохимических методах, радиографических и генетических исследований доказано наличие у бактерий нуклеодида – эквивалента ядра в клетке эукариотов.

Нуклеоид :

Не имеет мембраны,

Не содержит хромасом

Не делиться митозом.

Один нуклеоид представляет собой макромолекулу ДНК с молекулярным весом 2-3*10⁹, размером 25-30 Å.

В развернутом состоянии это замкнутая кольцевая структура длинной примерно 1мнм.

В молекуле ДНК нуклеоида закодирована вся генетическая информация клетки и т.о. она является своеобразной кольцевой хромасомой.

Количество нуклеоидов в клетке – 1, реже от 1 до 8.

Рибосомы – это нуклеоидные частицы размером в 200-300Å. Ответственны за синтез белка. Находятся в цитоплазме прокариотов в количестве 5-50 тысяч.

Хроматофоры – это складки цитоплазматической мембраны в виде капель, которые содержат окислительно-восстановительные ферменты. У фотосинтетиков – ферменты осуществляют синтез веществ за счет энергии солнца, у хемосинтетиков- за счет разрушенных химических связей молекулы.

Тилокоиды так же содержат набор окислительно-восстановительных ферментов. Они есть и у фотосинтеиков и у хемосинтетиков. Очевидно прообраз митохондрий.

Пластинчатые

Трубчатые

^ Функции

Окисление веществ.

Аэросомы - структуры, которые содержат какой-либо газ.

Внутрицитоплазмотические включения

В процессе жизнедеятельности бактериологической клетки в её цитоплазме могут формироваться морфологические образования, выявляемые цитохимическими методами. Эти образования названные включениями по своей химической природе различны и не одинаковы у разных бактерий. В одних случаях включения являются продуктами обмена бактериальной клетки, а в других запасным питательным питательным веществом.

Химический состав клеток прокариотов.

В состав любой клетки прокариотов входят:

2 типа нуклеиновых кислот (ДНК и РНК)

Углеводы

Минеральные вещества

Вода

В количественном отношении самый значительный компонент клеток микроорганизмов, количество её составляет 75-85%. Количество воды зависит от вида микроорганизмов, условий роста, физиологического состояния клетки.

Вода в клетках бывает в 3-х состояниях:

Свободном

Связанном

Связанном с боиполимерами

Роль воды. Универсальный растворитель- необходимый для растворения многих химических растворений и осуществления реакций промежуточного метаболизма (гидролиз).

^ Минеральные вещества

Биогены (углерод(50%), водород,кислород,азот(14%),фосфор(1%),сера)

Макроэлементы (0,01-3% от сухой массы клетки) K, Na, Mg, Ca, Cl, Fe.

Микроэлементы (0,001-0,01% от сухой массы клетки) Mg, Zn, Mo, B, Cr, Co, Cu, и др.

Ультрамикроэлементы (<0,001%) вся остальная таблица Менделеева.

Соотношение отдельных химических элементов может колебаться в значительных пределах, в зависимости от систематического положения микроорганизмов, условий роста и ряда других причин.

Количество минеральных веществ составляет 2-14% от сухой массы клетки, после биогенов.

^ Роль минеральных веществ :

Являются активаторами и ингибиторами ферментативных систем.

Биополимеры.

Основные химические элементы входят в состав биополимеров присущих всем живым организмам:

Нуклеиновых кислот

Углеводов (полисахаридов)

Характерным только для клеток – прокариот являются биополимер составляющий основу их клеточной стенки (по химическому составу это гликопептид или пептидогликан).

^ Нуклиновые кислоты .

В клетках в среднем содержится 10% РНК и 3-4% ДНК.

Белки.

Важнейшее значение в структуре и функции клеток принадлежит белкам, на долю которых приходиться 50-75% от сухой массы клетки.

Значит долю белков микроорганизмов составляют ферменты играющие существенную роль в проявлении жизнедеятельности прокариот. К биологически активным белкам принадлежат белки участвующие в транспорте питательных веществ а также многие токсины.

Часть белков составляют белки выполняющие структурную функцию – белки ЦПМ, клеточной стенки и др. органелл клетки.

Лепиды

В состав лепитов прокариот входят жирные кислоты, нейтральные жиры, фосфолепиды, гликолепиды, воска, лепиды содержащие изопреновые единицы (каротеноиды, бактопренол).

Микоплазмы в отличие от всех других прокариот содержат холестерин. Большая часть лепидов входит в состав мембраны клетки и клеточной стенки.

Углеводы

Из них состоят многие структурные компоненты клетки. Они используются в качестве доступных источников энергии и углерода. В клетках содержаться как моносахариды, так и полисахариды.

Морфология бактерий.

По внешнему виду бактерии делятся на 3 группы:

Кокковидной формы

Палочковидной формы

Извитые (или спиралевидные)

^ Шаровидные бактерии – (кокки).

Могут быть самостоятельными клетками – монококки °₀° или связанными попарно – диплококки или связанными в цепочку – стрептококки или в пакете – сарцины

или в виде виноградной кисти – стафилококки

Бактерии шаровидной формы называемые кокками имеют правильную сферическую форму или форму неправильного шара.

Средний диаметр кокков – 0,5-1,5 мкм, у пневмококков например –

По признаку расположения клеток по отношению друг к другу кокки делят на:

Монококки

Диплококки

Стрептококки

Стафилококки

^ Палочковидные бактерии (цилиндрические)

Различаются по форме величине в длину и в поперечнике, в форме концов клетки а так же взаимному расположению.

Размеры в поперечнике 0,5-1 мкм, длинна 2-3мкм.

Большинство палочковидных бактерий имеют форму прямого цилиндра. Некоторые бактерии могут иметь либо прямую либо слегка изогнутую форму.

Изогнутая форма встречается у вибрионов к которым относится возбудитель холеры.

У отдельных бактерий встречаются нитевидные и ветвящиеся формы.

Палочковидные микроорганизмы могут образовывать споры.

Спорообразующие формы называются бациллы.

Неспорообразующие называються бактериями.

Булавовидные.

Клострициальные.

В зависимости от взаимного расположения делят:

Монобациллы

Диплобациллы

Стептобациллы

^ Спиралевидные бактерии

Бактерии имеющие изгибы, равные одному или нескольким оборотам спирали.

В зависимости от количества витков делят на группы:

Вибрионы

Спироллы 4-6 витков

Спирохеты 6-15 витков

Чаще всего это болезнетворные микроорганизмы.

Существуют еще редко встречающиеся бактерии.

Шаровидная, палочковидная и спиралевидная форм бактерий самые распространенные, но встречатся и другие формы:

Имеют вид кольца (замкнутого или разомкнутого в зависимости от стадии роста). Такие клетки предложено называть тороидами.

У некоторых бактерий описано образование клеточных выростов, число которых может колебаться от 1 до 8и более.

Существуют так же бактерии напоминающие по виду правильную шестиугольную звезду.

Для некоторых групп прокариотов характерно ветвление.

В 1980 году английский микробиолог Уолсби сообщил что микроорганизмы могут быть квадратными.

Форма бактерий наследственно закреплена (за исключением мипопиазм и L- форм), и по этому является одним из критериев при определении микроорганизмов.

Движение бактерий.

Способность активно передвигаться присуща многим бактериям. Существуют 2 типа подвижных бактерий:

Скользящие

Плавающее

Скольжение. Микроорганизмы передвигаются по твердому и полу твердому субстрату (почва, ил, камни). В результате волнообразных сокращений вызывающих

периферическое изменение формы тела. Образуется некоторое подобие бегущей волны: выпуклости клеточной стенки, которая перемещаясь в одном направлении способствует движению в противоположную сторону.

Плавание. Палочковидные бактерии относятся к плавающим формам, а так же большинство спирилл и некоторые кокки.

Все эти бактерии передвигаются с помощью особых поверхностных нитевидных образований, называемых жгутиками. Различают несколько типов жгутикования в зависимости от того как они расположены на поверхности и сколько их:

Монотрих

Биполярный монотрих или амфитрих

Лофотрих

Амфитрих или биполярный лофотриф

Перетрих

Толщина жгутиков 0,01-0,03 мкм. Длинна меняется у одной и той же клетки в зависимости от условий окружающей среды от 3-12 мкм.

Число жгутиков различно у разных видов бактерий, у некоторых перитрихов она достигает 100.

Жгутики не являются жизненно важными органами.

Жгутики как бы присутствуют на определенных стадиях развития клетки.

Скорость передвижения бактерий при помощи жгутиков различается у разных видов. Большинство бактерий проходит за секунду расстояние равное длине своего тела. Некоторые бактерии при благоприятных условиях могут проходить расстояния превышающие 50 длин тела.

В перемещениях бактерий есть определенный смысл, они стремятся в сторону наиболее благоприятных условий существования. Они называются таисисами.

Таксисы могут быть хема, фото, аэро,

Если в сторону благоприятных факторов то это положительно таксис , если от факторов, то отрицательно таксис.

Споры и спорообразование.

Многие бактерии способны образовывать структуры помогающие им переживать в течение длительного времени не благоприятные условия и переходить в активное состояние при попадание в подходящие для этого условия. Эти формы называются цистами эндоспорами.

Микроцисты:

При их образовании происходит утолщение стенки вегетативной клетки, в результате чего формируются оптически плотные, яркопреломляющие свет, окруженные слизью, укороченные палочки или сферические формы.

Они функционально аналогичны бактериальным эндоспорам:

Более устойчивы к изменению температур

Высушиванию

Различным физическим воздействиям, чем вегетативная клетка.

Эндоспоры:

Образуются эндоспоры у следующих бактерий:

Desulfotomaculum

Формирование споры начинается с того что в зоне локализации нитей ДНК происходит уплотнение цитоплазмы, которая вместе с генетическим материалом обособляется от остального клеточного содержимого с помощью перегородки. Образуются плотные мембранные слои между которыми начинается формирование кортикального слоя (кортекс).

Спора- это покоящаяся стадия спорообразующих видов бактерий.

Бактерии образуют споры, когда создаются такие условия в окружающей среде которые индуцируют процесс спорообразования.

Считается что споры не обязательная стадия цикла развития споро образующих бактерий.

Можно создать условия в которых рост и размножение бактериальных клеток происходит без спорообразования в течении многих поколений.

Факторы и индуцирующие споро образование:

Недостаток питательных веществ в среде

Изменение pH

Изменение температуры

Накопление выше определенного уровня продуктов клеточного метаболизма.

Принципы систематики микроорганизмов.

Понятие вид, штамм, клон.

Основная таксономическая единица –вид который следует рассматривать как конкретную форму существования органического мира.

В микробиологии понятие вид можно определить как совокупность микроорганизмов имеющих единое происхождение и генотип, сходных по своим биологическим признакам и обладающих наследственно закрепленной способностью вызывать в стандартных условиях качественно-определенные процессы.

Сравнительно однородные виды бактерий определяют в роды → семейства → порядки → классы.

Важным критерием определения понятия вид является однородность особей.

Для микроорганизмов строгая однородность признаков не является характерными, поскольку их морфологические свойства могут изменяться в зависимости от условий окружающей с среды в течение короткого времени.

Название микроорганизма состоит из двух слов: первое слово означает род (оно пишется с большой буквы и является производной от какого либо термина характеризующего признак, или от фамилии автора открывшего или изучившего этот микроорганизм), второе слово обозначает конкретный вид (пишется с маленькой буквы и является производным существительного определяющего источник происхождения микроба, либо название вызываемого им заболевания, либо фамилия автора). Bacillus anthracis.

В микробиологии широко применяются термины штамм и клон.

Штамм более узкое понятие чем вид.

Штаммами называются различные микробные культуры одного вида, выделенные из различных источников или из одного источника, но в разное время.

Штаммы одного вида могут быть совершенно идентичными или различаться по отдельным признакам (например по устойчивости к какому – либо антибиотику, ферментации какого-либо сахара и т.д.).

Однако свойства различных штаммов не выходят за пределы вида.

Термином клон обозначают культуру микроорганизмов полученную из одной клетки.

Популяции микробов состоящие из особей одного вида называются чистой культурой.

Понятие о статических и проточных микробных культурах.
Хемостат

Турбиностат – определение мертвых микроорганизмов по мутности.

Таких емкостях выращивается проточная микробная культура.

Для выращивания проточной микробной культуры, выращенной в условиях постоянной подпитки и удаления продуктов метаболизма и мертвых микробных клеток.

Статичная микробная культура – это популяция бактерий находящихся в ограниченном жизненном пространстве, которое не обменивается ни веществом ни энергией с окружающей средой.

Закономерности роста и развития микроорганизмов.

Изменение и обновление организма в процессе его обмена с окружающей средой называется развитием. Развитие организма имеет 2 следствия:

Размножение.

Под ростом подразумевается увеличение размеров организма или его живого веса.

Под размножением подразумевается увеличение количества организмов.

Скорости роста микробной популяции:
Абсолютная скорость.
Относительная скорость по биомассе.

Понятие генерации:

Фазы развития стационарной микробной культуры.

Фаза – лаг-фоза.

Период от внесения бактерий до достижения ими максимальной относительной скорости роста. В этот период бактерии приспосабливаются к новой среде обитания и поэтому размножаются не значительно. К концу лаг-фазы клетки часто увеличивают свой оббьем и т.к. их количество в этот момент не велико, то относительная скорость роста биомассы становиться максимальной, по окончании этого периода, в то время как абсолютная скорость лишь незначительно увеличиваться. Длительность лаг-фазы зависит как от внешних условий так и от возраста бактерий и их видовой специфичности. Как правило чем полноценней среда, тем короче лаг-фаза. Изменение в химическом составе бактериальной клетки выражается в накоплении запасных питательных веществ и в резком повышении содержания РНК (в 8-12 раз), что свидетельствует об интенсивном синтезе ферментов, необходимых для дальнейшего роста и развития клетки.

Фаза – ускорение роста.

Характеризуется постоянной относительной скоростью деления клеток. В этот период число клеток возрастает по экспоненте. Удельная скорость остается постоянной и максимальной, а абсолютная скорость быстро возрастает. Скорость деления клеток в фазе ускоренного роста является максимальной для них, причем для различных видов бактерий и условий окружающей среды эта скорость различна, так например, кишечная палочка в этой фазе делится каждые 20 минут, для некоторых почвенных бактерий время генерации 60-150 минут, а у нитрифицирующих бактерий 5-10 часов. В течении этой фазы величина клеток и их химический состав остаются постоянными.

Фаза – линейного роста.

Эта фаза характеризуется резким снижением удельной скорости роста, т.е. увеличением времени генерации. Причиной этому служит начинающийся дефицит питательных веществ и избыточное содержание в среде продуктов обмена, которые в определенной концентрации негативно влияют на рост популяции. В этот период количество бактерий увеличивается линейно, а абсолютная скорость достигает максимума.

Фаза – замедление роста.

В этот период дефицит питательных веществ и концентрации продуктов обмена продолжают увеличиваться, что сказывается на падении абсолютной и относительной скоростей роста. Увеличение количества клеток постепенно замедляется и к концу фазы и к концу фазы приближается к максимуму. В этот период характеристика отмирания части наименее приспособленных клеток.

II, III и IV фазы объединяются в одну фазу роста.

Фаза- стационарная.

В течение этой фазы количество живых клеток в культуре сохраняется примерно постоянным, т.к. число вновь образующихся клеток равно числу отмирающих. Абсолютная и относительная скорости роста приближаются к нулевой отметке. Отмирание или выживание бактерий в этой фазе не является случайными событиями. Выживают как правило те клетки, которые способны качественно перестроить свой обмен веществ. Для всех бактерий в этой фазе характерно использование запасенных веществ, распад части клеточных веществ, биомассы статической культуры в этой фазе достигает максимума и поэтому называется выходом или урожаем культуры. количество урожая зависит от видовой принадлежности микроорганизмов, от природы и количества питательных веществ, а так же от условий культивирования. В микробных производствах проточные микробные культуры поддерживают в стационарной фазе развития.

Фаза – отмирание.

Эта фаза наступает в тот момент когда концентрация какого либо из необходимых клеткам питательных веществ, падает до условного нуля, или когда какой-либо продукт обмена достигает такой концентрации в среде, при которой он токсичен для большинства клеток. Абсолютная и удельная скорости роста отрицательны, что говорит об отсутствии деления клеток.

Потребности прокариот в питательных веществах.

Бактерии кик и все живые организмы нуждаються в питательных веществах необходимых для синтеза основных клеточных компонентов, которые могут быть синтезированы клеткой или поступать в готовом виде.

Чем больше готовых соединений должен получать организм извне, тем ниже уровень его биосинтетических способностей, т.к. химическая организация всех живущих форм одинакова.

Источники углерода.

В конструктивном метаболизме основная роль принадлежит углероду. В зависимости от источника углерода для конструктивного метаболизма все прокариоты делятся на:

Автотрофов – организмы способные синтезировать все компоненты клетки из углекислого газа, воды и минеральных веществ.

Гетеротрофы – источником углерода для конструктивного метаболизма служат органические соединения.
Степени гетеротрофии.

Сапрофиты (сапрос – гнилой, греч.)

Гетеротрофные организмы, которые непосредственно от других организмов не зависят, но нуждаются в готовых органических соединениях. Они используют продукты жизнедеятельности других организмов или разлагающиеся растительные и животные ткани. К сапрофитам относятся большая часть бактерий.

Степень требовательности к субстрату у сапрофитов весьма различна.

В эту группу входят организмы которые могут расти только на достаточно сложных субстратах (молоко, трупы животных, гниющие растительные остатки), т.е. им нужны в качестве обязательных элементов питания углеводы, органические формы азота в виде кабера аминокислот, пентуров, белков, все или часть витаминов, нуклеотиды, или готовые

компоненты необходимые для синтеза последних (азотистые основания, пятиуглеродные сахара). Чтобы удовлетворить потребности этих гетеротрофов в элементах питания их обычно культивируют на средах содержащих мясные или рыбные гидролизаты, автолизаты дрожжей, растительные экстракты, молочную сыворотку.

Есть прокариоты требующие для роста весьма ограниченное число готовых органических соединений, в основном из число витаминов и аминокислот, хотя они не в состоянии синтезировать сами. С другой стороны есть гетеротрофы нуждающееся только в одном органическом источнике углерода (сахар, спирт, кислота или другие углерод содержащие соединения).

Олиготрофные бактерии (олиго – мало) обитают в водоемах, способны расти при низких концентрациях в среде органических веществ (в пределах 1-15 мг. Углерода на литр).
Потребности в азоте.

Азота содержится примерно 10-14% в расчете на сухой вес клетки. В природе азот встречаеться в окисленной, восстановленной форме и в виде молекулярного азота.

Подавляющее большинство прокариот усваивают азот в восстановленной форме (соли аммония, мочевина, аминокислоты или продукты их неполного гидролиза).

Роль микроорганизмов в круговороте азота.

↗	денитрофикация	↘
нитрофикация		азотофикация
↖	аммонофикация	↙

Источники серы и фосфора.

Сера фосфор необходимы в небольших количествах 1-3% от сухой массы клетки. Сера входит в состав аминокислот, витаминов и кофакторов (биотин, коферменты и т.д.). фосфор неаобходимый компонетк нуклеиновых кислот, коферментов.

В природе сера находится в форме неорганических солей, главным образом сульфатов, молекулярной серы или в составе органических соединений. большинство прокариот потреляют серу в виде сульфата переводя её в сероводород. Основная форма фосфора в природе – фосфаты и прокариоты потребляют в основном одно или двузамещенные фосфаты.

Роль ионов металлов.

Металлы в форме катионов неорганических солей, как составная часть ферментов в достаточно высоких концентрациях необходимы: Mg, Ca, K, Fe. В небольших количествах нужны: Zn, Mn, Na, Cu, Y, Ni, Co.

Факторы роста.

Некоторые прокариоты обнаруживают потребности в одном каком-либо органическом соединении из группы витаминов, аминокислот, или азотистых оснований, которые они по каким-либо причинам не могут синтезировать. Такие органические соединения необходимы в очень не больших количествах получили название факторов роста. Организмы которые в дополнение к основным источникам углерода необходим один и больше факторов роста называеться ауксотрофами, в отличии от прототрофов синтезирующих все необходимые органические соединения из основных источников углерода.

Общая характеристика метаболизма прокариот.

Метаболизм (обмен веществ) – складывается из двух противоположных, но взаимосвязанных потоков реакций.

Энергетический метаболизм (катоболизм) – это поток реакций сопровождающейся мобилизацией энергии и преобразованием её в электрохимическую (поток электронов) и химическую (АТФ), которая затем может использоваться во всех энергозависимых процессах.

Катоболизм характерен только для групп организмов, метаболизм который связан с превращением органических соединений.

Конструктивны метаболизм (анаболизм) (биосинтезы) –это поток реакций в результате которых за счет поступающих из вне веществ строиться вещество клеток. Это процесс

связанный с потреблением свободной энергией, запасенной в химической форме в молекулах АТФ или других богатых энергией соединений.

Есть прокариоты у которых функционирует один поток превращений органических соединений углерода.

Фотолитотрофы и хемолитотрофы.

Метоболические пути состоят из множества последовательных ферментативных реакций.

На начальном этапе потребления веществ из окружающей среды молекулы служащие исходным субстратом для питания перерабатываются в дополнительном (периферическом) метаболизме.

Связь между двумя типами метаболизма.

Катаболизм и анаболизм связаны по нескольким каналам:

Основной энергетический пред. Реакции поставляют энергию необходимую для биосинтеза и других клеточных энергозависимых функций.

Биосинтетические реакции кроме энергии часто нуждаются в поступлении из вне восстановителей в виде протонов H⁺ или электронов, источником которые также служат реакции энергетического метаболизма.

Определенные промежуточные этапы – метаболиты обеих путей могут быть одинаковыми, хотя направленность потоков реакции различно. Это создает возможность для использование общих промежуточных продуктов в каждом из метаболических путей. Промежуточные вещества называются амфиболитами, а промежуточные реакции – амфиболистическими. Ключевые метаболиты образуются на пересечении метаболистичесских путей и выполняющих многообразные функции называются центроболиты.

Ферменты.

Это катализаторы биохимических реакций клетки, белковой природы.

Классификация:

По месту действия.

Эндоферменты – ферменты которые работают внутри клетки.

Экзофермены – ферменты которые клетка выделяет за свою мембрану для того что бы расщеплять крупные молекулы.

По характеру присутствия в клетке.

Конститутивные – ферменты которые в клетке всегда есть.

Индуцибельные – которые вырабатываются клеткой в ответ на поступление нового питательного вещества.

Биохимическая (международная) 1961 год.

По характеру ферментных реакций.

Оксиредуктазы – это ферменты которые катализируют окислительно-восстановительные реакции, сопровождающиеся переносом протонов и электронов.

Трансферазы – это ферменты которые катализируют реакции переноса отдельных групп.

Гидролазы – это ферменты катализирующие гидролитическое расщипление сложных органических субстратов.

Лиазы – ферменты которые катализируют не гидролитическое расщипление субстрата.

Изомеразы – катализируют реакции изомеризации.

Лигазы (синтетазы) – катализируют реакции синтеза или образов сложных органических молекул.

Механизм ферментативных реакций.

Особенности ферментативных реакций.

Особенность ферментативных раекций состоит в строгой спецефичности действия ферментов.

Специфичность – это способность реагировать только с одним веществом или группой веществ. Специфичность бывает абсолютная- фермент действует только с одним веществом, и групповая – фермент катализирует реакции с группой веществ обладающих общими структурными признаками, относительная – проявляется в том случае, когда фермент действует на определенную химическую связь, стереохимическая – когда фермент действует на определенный стереоизомер.

Многие ферменты образуют так называемы мультиферментные системы
Эти системы определяют перенос веществ н\з клеточную мембрану, реакции фотосинтеза, окислительно-восстановительные процессы в метахондриях и тд. Процесс превращения вещества с участием системы ферментов представляет собой серию последовательных реакций, каждая из которых катализирует определенный фермент.

В отличие от неорганических катализаторов ферменты отличаются кооперативностью и строгой последовательностью действия.

Каждая клетка имеет регуляторные механизмы, позволяющие ей в зависимости от потребностей изменять скорость отдельных биохимических реакций, в результате регуляции синтеза определенных ферментов или их активности. Способность подчинять такой регуляции – важная особенность ферментов.

Каталич. Активность ферментов чрезвычайно высокая.

Реакция проходит в 10¹⁰ раз быстрее некаталической.

Способы существования прокариот.

Источник энергии	Источник электронов и протонов	Источник углерода	Способ существования микроорганизмов.
Свет фото-	Литотрофы Mn, Fe, H И др. неорг. соединения.	CO₂, HCO₃ автотрофы	Фотолитоавтоторофы
		Органика, гетеротрофы	фотолитогетеротрофы
	Органические вещества органотрофы	CO₂, HCO₃ автотрофы	Фотоорганоавторофы
		Органика, гетеротрофы	фотоорганогетеротрофы
Химич. Связь Хемо-	Неорганч. литорофы	CO₂, HCO₃ автотрофы	Хемолитоавтрофы
		Органика, гетеротрофы	Хемолитогетеротрофы
	Органич. органотрофы	CO₂, HCO₃ автотрофы	Хемоорганоавтотровы
		Органика, гетеротрофы	Хемоорганогетеротрофы

Отношение к кислороду.

Если микроорганизмы нуждаются для осуществления окислительно-восстановительных реакций в кислороде, то их называют аэробными . Если микроорганизмы для осуществления окислительно-восстановительных реакций используются не в кислород, а окисленные соединения (NO₃, NO₂, SO₄ и т.п.), то их называют анаэробными.

Различают строгих (облигатных) аэробов или анаэробов.

Существуют так же факультативные (необязательные) аэробы и анаэробы.

Существуют группы никсотрофов (лизотрофы) – организмы способные переходить от одного способа питания к другому, или одновременно использовать 2 источника углерода и \ или 2 энергии: энергия света + энергия окисления органических хим. соединений.

Микроорганизмы и окружающая среда.

Представили прокариот разных способов существования

Фотолитоавтотрофы: цианобактерии, пурпурные и зеленые бактерии (+высшие растения)

Фотолитогетеротрофы: некоторые цианобактерии, пурпурные и зеленые бактерии.

Фотоорганоавтотрофы: некоторые пурпурные бактерии.

Фотоорганогетеротрофы: пурпурные и некоторые зеленые бактерии, галобактерии, некоторые цианобактерии.

Хемолитоавтотрофы: нитрифицирующие, теоновые, водородные ацидофильные железобактерии.

Хемолитогетеротрофы: метанообразующи, водородные бактерии.

Хемоорганоавтотрофы: факультативные литератрофы, окисляющие муравьиную кислоту.

Хемоорганогетеротрофы: большинство пркариот (+ все животные и грибы).

Физические факторы.

Температура :

Мезофиллы –микроорганизмы приспособленные к существованию в интервале средних температур (20⁰-45⁰ С). В этой группе как и в других есть организмы развивающиеся в более широком и более узком диапазоне температур и указанный интервал нельзя считать строго ограниченным.

К мезофиллам относиться большая часть микроорганизмов, в том числе и болезнетворные, причем наточенные для человека микробы имеют оптимум около 37⁰С.

Психрофилы – приспособлены к существованию про пониженных температурах (-8⁰,+20⁰С)

Большинство психрофинов способны расти при температурах характерных для мезофиллов, по этому их называют факультативными, т.е. не обязательными психрофилами.

В отличии них облигатные (обязательные) психрофилы погибают при температурах близких к +30⁰С. К данной группе относятся некоторые почвенные и морские бактерии а так же виды поточенные для морских животных и растений.

Некоторые психрофилы вызывают порчу продуктов хранящихся при пониженных температурах.

Термофилы – развиваются в зоне высоких температур 15⁰ – 75⁰С. В природе термофильные бактерии обитают в горячих источниках, молоке, почве, навозе.

Газовый состав атмосферы.

Аэробы, анаэробы. Есть узкие группы бактерий которые развиваются при избыточном содержании в воздухе некоторых газов.

^ Метан (СН₄), метанобразующие бактерии на торфяных почвах.

Водород (Н) водородные бактерии так же.

Азот (N₂) азотфиксирующие бактерии, почвенные бактерии находящиеся в симбиозе с корнями бобовых растений.

^ Сероводрод (H₂ S ) в навозных кучах болотах, в местах где много гниющей органики, сероводородные бактерии.

В разряженных частях атмосферы на высоте более 10км. Встречаются споры и жизнеспособные бактерии. На морских глубинах вплоть до 10 000 метров встречаются жизнеспособные бактерии. Есть данные, что в литосфере на глубине 5км. Так же встречаются споры и жизнеспособные бактерии.

Свет. (Смотреть фототрофов в способах сущ. прокариот.)

Биохимические факторы.

В природных условиях микроорганизмы существуют в сообществах и поэтому каждая отдельная особь испытывает влияние не только абатических факторов окружающей сред, но и подвергается воздействию факторов биохимического происхождения.

Все многообразие взяиомотношений между микроорганизмами пожно подразделить на 5 видов:

Метабиоз

Антагонизм

Из них 3 и 4 факторы являющиеся прямыми воздействиями, а 2 и 3 – косвенными воздействиями.

Симбиоз - сожительство организмов разных видов приносящее им взаимную пользу.

Азотфиктирующие бактерии и корни бобовых растений.

Метобиоз- такой тип взаимоотношений, при котором продукты жизнедеятельность жизнедеятельности одних организмов потребляются в качестве питательных веществ другими организмами.

Антогонизм- называют такие отношения когда продукты жизнедеятельности одного микроорганизма угнетают другой.

Существует 3 типа жизни:

Брожение (субстратное фосфорелирование)

Дыхание (окислительное фосфорелирование)

Фотосинтез (фотофосфорелирование)

Брожение характерно только для микроорганизмов, дыхание характерно для консументов и микроорганизмов, фотосинтез характерен для растений и микроорганизмов.

Брожение – самый древний тип жизни характерен тем, что расщепление углеродов происходит в акаэробных условиях. В зависимости от конечного продукта брожения различают спиртовое брожение, уксусно-кислое, пропионово-кислое, молочно-кислое, масляно-кислое и др.

Гликолиз – сбраживание углеродов.

1стадия происходит накопление простых сахаров и их превращение в глицеральдегидрофосфат.

Происходит расходование АТФ

Глюкоза С₆

Глюкоза 6 фосфор

Глюкоза 1-6 фосфат

2 глицеральдегидрофосфат
2 стадия:

Происходит окисление – восстановление триоз и существующее образование АТФ
Фн (фосфор не органический)+ глицеральдегирофосфат

1-3 дифосфоглицерат

3 фосфоглицерат

2 фосфоглицерат

Фосфоенолпируват.

Пируват (правиноградная кислота)

Спирт, молочная кислота и т.д.
^ Энергетический выход гликолиза

2 молекулы АТФ образуется при расщеплении 1 молекулы глюкозы

Дыхание

Процесс дыхания происходит в аэробных условиях. Происходит окисление углеродов за счет кислорода.

Цикл Кребса. См приложение 2.

Фотосинтез

Происходит образование углеродов из углекислого газа за счет энергии квантов света. См прил.3

Смысл – запасание энергии квантов света, химических связей триоз и образование тексоз.
Приложение

Введение

Микробиология (от греч. micros - малый, bios -жизнь, logos - учение) -наука, изучающая строение, жизнедеятельность и экологию микроорганизмов мельчайших форм жизни растительного или животного происхождения, не видимых невооруженным глазом.

Микробиология изучает всех представителей микромира (бактерии, грибы, простейшие, вирусы). По своей сути микробиология является биологической фундаментальной наукой. Для изучения микроорганизмов она использует методы других наук, прежде всего физики, биологии, биоорганической химии, молекулярной биологии, генетики, цитологии, иммунологии. Как и всякая наука, микробиология подразделяется на общую и частную. Общая микробиология изучает закономерности строения и жизнедеятельности микроорганизмов на всех уровнях. молекулярном, клеточном, популяционном; генетику и взаимоотношения их с окружающей средой. Предметом изучения частной микробиологии являются отдельные представители микромира в зависимости от проявления и влияния их на окружающую среду, живую природу, в том числе человека. К частным разделам микробиологии относятся: медицинская, ветеринарная, сельскохозяйственная, техническая (раздел биотехнологии), морская, космическая микробиология.

Медицинская микробиология изучает патогенные для человека микроорганизмы: бактерии, вирусы, грибы, простейшие. В зависимости от природы изучаемых патогенных микроорганизмов медицинская микробиология делится на бактериологию, вирусологию, микологию, протозоологию.

Каждая из этих дисциплин рассматривает следующие вопросы:

морфологию и физиологию, т.е. осуществляет микроскопические и другие виды исследований, изучает обмен веществ, питание, дыхание, условия роста и размножения, генетические особенности патогенных микроорганизмов;

роль микроорганизмов в этиологии и патогенезе инфекционных болезней;

основные клинические проявления и распространенность вызываемых заболеваний;

специфическую диагностику, профилактику и лечение инфекционных болезней;

экологию патогенных микроорганизмов.

К медицинской микробиологии относят также санитарную, клиническую и фармацевтическую микробиологию.

Санитарная микробиология изучает микрофлору окружающей среды, взаимоотношение микрофлоры с организмом, влияние микрофлоры и продуктов ее жизнедеятельности на состояние здоровья человека, разрабатывает мероприятия, предупреждающие неблагоприятное воздействие микроорганизмов на человека. В центре внимания клинической микробиологии. Роль условно-патогенных микроорганизмов в возникновении заболеваний человека, диагностика и профилактика этих болезней.

Фармацевтическая микробиология исследует инфекционные болезни лекарственных растений, порчу лекарственных растений и сырья под действием микроорганизмов, обсемененность лекарственных средств в процессе приготовления, а также готовых лекарственных форм, методы асептики и антисептики, дезинфекции при производстве лекарственных препаратов, технологию получения микробиологических и иммунологических диагностических, профилактических и лечебных препаратов.

Ветеринарная микробиология изучает те же вопросы, что и медицинская микробиология, но применительно к микроорганизмам, вызывающим болезни животных.

Микрофлора почвы, растительного мира, влияние ее на плодородие, состав почвы, инфекционные заболевания растений и т.д. находятся в центре внимания сельскохозяйственной микробиологии.

Морская и космическая микробиология изучает соответственно микрофлору морей и водоемов и космического пространства и других планет.

Техническая микробиология, являющаяся частью биотехнологии, разрабатывает технологию получения из микроорганизмов разнообразных продуктов для народного хозяйства и медицины (антибиотики, вакцины, ферменты, белки, витамины). Основа современной биотехнологии - генетическая инженерия.

История развития микробиологии

Микробиология прошла длительный путь развития, исчисляющийся многими тысячелетиями. Уже в V.VI тысячелетии до н.э. человек пользовался плодами деятельности микроорганизмов, не зная об их существовании. Виноделие, хлебопечение, сыроделие, выделка кож. не что иное, как процессы, проходящие с участием микроорганизмов. Тогда же, в древности, ученые и мыслители предполагали, что многие болезни вызываются какими-то посторонними невидимыми причинами, имеющими живую природу.

Следовательно, микробиология зародилась задолго до нашей эры. В своем развитии она прошла несколько этапов, не столько связанных хронологически, сколько обусловленных основными достижениями и открытиями.

ЭВРИСТИЧЕСКИЙ ПЕРИОД (IV III вв. до н.э. XVI в.) Связан скорее с логическими и методическими приемами нахождения истины, то есть эвристикой, чем с какимилибо экспериментами и до казательствами. Мыслители этого периода (Гиппократ, римский писатель Варрон, Авиценна и др.) высказывали предположения о природе заразных болезней, миазмах, мелких невидимых животных. Эти представления были сформулированы в стройную гипотезу спустя многие столетия в сочинениях итальянского врача Д. Фракасторо (1478 1553 гг.), высказавшего идею о живом контагии (contagiumvivum), который вызывает болезни. При этом каждая болезнь вызывается своим контагием. Для предохранения от болезней им были рекомендованы изоляция больного, карантин, ноше ние масок, обработка предметов уксусом.

МОРФОЛОГИЧЕСКИЙ ПЕРИОД (XVII ПЕРВАЯ ПОЛОВИНА XIX вв.) Начинается с открытия микроорганизмов А. Левенгуком. На этом этапе было подтверждено повсеместное распространение микроорганизмов, описаны формы клеток, характер движения, места обитания многих представителей микромира. Окончание этого периода знаменательно тем, что накопленные к этому времени знания о микроорганизмах и научно методический уровень (в частности, наличие микроскопической техники) позволили ученым разрешить три очень важные (основные) для всех естественных наук проблемы: изучение природы процессов брожения и гниения, причины возникновения инфекционных заболеваний, проблему само зарождения микроорганизмов.

Изучение природы процессов брожения и гниения. Термин «брожение» (fermentatio) для обозначения всех процессов, идущих с выделени ем газа, впервые употребил голландский алхимик Я.Б. Гельмонт (1579-1644 гг.). Многие ученые пытались дать определение этому процессу и объяснить его. Но ближе всех к пониманию роли дрожжей в процессе брожения подошел французский химик А.Л. Лавуазье (1743 1794 гг.) при изучении количественных химических превращений сахара при спиртовом брожении, но он не успел завершить свою работу, так как стал жертвой террора французской буржуазной революции.

Многие ученые изучали процесс брожения, но к заключению о связи процессов брожения с жизнедеятельностью микроскопических живых существ одновременно, независимо друг от друга пришли французский ботаник Ш. Каньяр де Латур (исследовал осадок при спиртовом брожении и обнаружил живых существ), немецкие естествоиспытатели Ф. Кютцинг (при образовании уксуса обратил внимание на слизистую пленку на поверхности, которая также состоя ла из живых организмов) и Т. Шванн. Но их исследования были подверг нуты суровой критике сторонниками теории физикохимической природы брожения. Их обвинили в «легкомыслии в выводах» и отсутствии доказательств. Вторая основная проблема о микробной природе инфекционных заболеваний также была решена в морфологический период развития микробиологии.

Первыми высказали предположения о том, что заболевания вызывают невидимые существа, древнегреческий врач Гиппократ (ок. 460 377 гг. до н.э.), Авиценна (ок. 980 1037 гг.) и др. Несмотря на то, что появление болезней теперь уже связывалось с открытыми микроорганизмами, необходимы были прямые доказательства. И они были полу ченырусским врачом эпидемиологом Д.С. Самойловичем (1744 1805 гг.). Микроскопы того времени имели увеличение примерно в 300 раз и не позволяли обнаружить возбудителя чумы, для выявления которого, как сейчас известно, необходимо увеличение в 800 1000 раз. Чтобы доказать, что чума вызывается особым возбудителем, он заразил себя отделяемым бубона больного чумой человека и заболел чумой.

К счастью, Д.С. Самойлович остался жив. Впоследствии героические опыты по само заражению для доказательства заразности того или иного микроорганизма провели русские врачи Г.Н. Минх и О.О. Мочутковский, И.И. Мечников и др. Но приоритет в решении вопроса о микробной природе инфекционных заболеваний принадлежит итальянскому естествоиспытателю А. Баси (1773 1856 гг.), который впервые экспериментально установил микробную природу заболевания шелковичных червей, он обнаружил передачу болезни при переносе микроскопического грибка от больной особи к здоровой. Но большинство исследователей были убеждены в том, что причинами всех заболеваний являются нарушения течения химических процессов в организме. Третья проблема о способе появления и размножения микроорганизмов была решена в споре с господствовавшей тогда теорией самозарождения.

Несмотря на то, что итальянский ученый Л. Спалланцанив се редине XVIII в. наблюдал под микроскопом деление бактерий, мнение о том, что они самозарождаются (возникают из гнили, грязи и т.д.), не было опровергнуто. Это было сделано выдающимся французским ученым Луи Пастером (1822 1895 гг.), который своими работами положил начало со временной микробиологии. В этот же период начиналось развитие микробиологии в России. Основоположником русской микробиологии является Л.Н. Ценковский (1822 1887 гг.). Объекты его исследований простейшие, водоросли, грибы. Он открыл и описал большое число простейших, изучил их морфологию и циклы развития, показал, что нет резкой границы между миром растений и животных. Им была организована одна из первых пастеровских станций в России и предложена вакцина против сибирской язвы (живая вакцина Ценковского).

ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЙ ПЕРИОД (ВТОРАЯ ПОЛОВИНА XIX в.)

Бурное развитие микробиологии в XIX в. привело к открытию многих микроорганизмов: клубеньковых бактерий, нитрифицирующих бактерий, возбудителей многих инфекционных болезней (сибирская язва, чума, столбняк, дифтерия, холера, туберкулез и др.), вируса табачной мозаики, вируса ящура и др. Открытие новых микроорганизмов сопровождалось изучением не только их строения, но и их жизнедеятельности, то есть на смену морфологосистематическому изучению первой половины XIX в. пришло физиологическое изучение микроорганизмов, основанное на точном эксперименте.

Поэтому вторую половину XIX в. принято называть физиологическим периодом в развитии микробиологии. Этот период характеризуется выдающимися открытиями в области микробиологии, и его без преувеличения можно было бы назвать в честь гениального французского ученого Л. Пастера Пастеровским, потому что научная деятельность этого ученого охватывала все основные проблемы, связанные с жизнедеятельностью микроорганизмов. Подробнее об основ ных научных открытиях Л. Пастера и их значении для охраны здоровья людей и хозяйственной деятельности человека будет сказано в § 1.3. Первым из современников Л. Пастера, кто оценил значение его от крытий, был английский хирург Дж. Листер (1827 1912 гг.), который, ос новываясь на достижениях Л. Пастера, впервые ввел в медицинскую прак тику обработку всех хирургических инструментов карболовой кислотой, обеззараживание операционных и добился снижения числа смертельных исходов после операций.

Одним из основоположников медицинской микробиологии является Роберт Кох (1843 1910 гг.), которому принадлежит разработка методов получения чистых культур бактерий, окра ска бактерий при микроскопии, микрофотографии. Известна также сформулированная Р. Кохом триада Коха, которой до сих пор пользуются при установлении возбудителя болезни. В 1877 г. Р. Кох выделил возбудителя сибирской язвы, в 1882 г. возбудителя туберкулеза, а в 1905 г. ему была присуждена Нобелевская премия за открытие возбудителя холеры. В физиологический период, а именно в 1867 г., М.С. Воронин описал клубеньковые бактерии, а почти через 20 лет Г. Гельригель и Г. Вильфарт показали их способность к азотфиксации. Французские химики Т. Шлезинг, А. Мюнц обосновали микробиологическую природу нитрификации (1877 г.), а в 1882 г. П. Дегерен установил природу денитрификации, природу анаэробного разложения растительных остатков.

Российский ученый П.А. Костычев создал теорию микробиологической природы процессов почвообразования. Наконец, в 1892 г. русский ботаник Д. И. Ивановский (1864 1920 гг.) открыл вирус табачной мозаики. В 1898 г. независимо от Д.И. Ивановского этот же вирус был описан М. Бейеринком. Затем был открыт вирус ящура (Ф. Леффлер, П. Фрош, 1897 г.), желтой лихорадки (У. Рид, 1901 г.) и многие другие вирусы. Однако увидеть вирусные частицы стало возможным только после изобретения электронного микроскопа, так как в световые микроскопы они не видны. К настоящему времени царство вирусов насчитывает до 1000 болезнетворных видов. Только за последнее время открыт ряд новых Д. И. Ивановский вирусов, в том числе вирус, вызывающий СПИД.

Несомненно, что период открытия новых вирусов и бактерий и изучения их морфологии и физиологии продолжается до настоящего времени. С.Н. Виноградский (1856 1953 гг.) и голландский микробиолог М. Бейеринк (1851 1931 гг.) ввели микроэкологический принцип исследования микроорганизмов. С.Н. Виноградский предложил создавать специфические (элективные) условия, дающие возможность преимуществен ного развития одной группы микроорганизмов, открыл в 1893 г. анаэроб ный азотфиксатор, названный им в честь Пастера Clostridiumpasterianum, выделил из почвы микроорганизмы, представляющие совершенно новый тип жизни и получившие название хемолитоавтотрофных.

Микроэкологический принцип был развит и М. Бейеринком и применен при выделении различных групп микроорганизмов. Через 8 лет после открытия С.Н. Виноградским азотфиксатора М. Бейеринк выделил в аэробных условиях Azotobacterchroococcum, исследовал физиологию клубеньковых бактерий, процессы денитрификации и сульфатредукции и т.д. Оба этих исследователя являются основоположниками экологического на правления микробиологии, связанного с изучением роли микроорганизмов в круговороте веществ в природе. К концу XIX в. намечается дифференциация микробиологии на ряд частных направлений: общая, медицинская, почвенная.

ИММУНОЛОГИЧЕСКИЙ ПЕРИОД (НАЧАЛО ХХ в.) С наступлением ХХ в. начинается новый период в микробиологии, к которому привели открытия XIX в. Работы Л. Пастера по вакцинации, И.И. Мечникова по фагоцитозу, П.Эрлиха по теории гуморального иммунитета составили основное содержание этого этапа в развитии микробиологии, по праву получившего название иммунологического.

И.И. Мечников того, как стала широко применяться вакцинация против многих заболеваний. И.И. Мечников показал, что защита организма от болезнетворных бактерий это сложная биологическая реакция, в основе которой лежит способность фагоцитов (макро и микрофаги) захватывать и разрушать посторонние тела, попавшие в организм, в том числе бактерии. Ис следования И.И. Мечникова по фагоцитозу убедительно доказали, что, по мимо гуморального, существует клеточный иммунитет. И.И. Мечников и П. Эрлих были научными противниками на протяжении многих лет, каждый экспериментально доказывал справедливость своей теории.

Впоследствии оказалось, что противоречия между гуморальным и фагоцитарным иммунитетами нет, так как эти механизмы осуществляют защиту организма совместно. И в 1908 г. И.И. Мечникову совместно с П. Эрлихом была присуждена Нобелевская премия за разработку теории иммунитета. Иммунологический период характеризуется открытием основных ре акций иммунной системы на генетически чужеродные вещества (антигены): антителообразование и фагоцитоз, гиперчувствительность замедленного типа (ГЗТ), гиперчувствительность немедленного типа (ГНТ), толерантность, иммунологическая память.

Особенно бурное развитие получили микробиология и иммунология в 50 60 гг. двадцатого столетия. Этому способствовали важнейшие открытия в области молекулярной биологии, генетики, биоорганической химии; появление новых наук: генетической инженерии, молекулярной биологии, биотехнологии, информатики; создание новых методов и использование научной аппаратуры. Иммунология является основой для разработки лабораторных методов диагностики, профилактики и лечения инфекционных и многих неинфекционных болезней, а также разработки иммунобиологических препаратов (вакцин, иммуноглобулинов, иммуномодуляторов, аллергенов, диагностических препаратов). Разработкой и производством иммунобиологических препаратов занимается иммунобиотехнология самостоятельный раз дел иммунологии.

Современная медицинская микробиология и иммунология достигли больших успехов и играют огромную роль в диагностике, профилактике и лечении инфекционных и многих неинфекционных болезней, связанных с нарушением иммунной системы (онкологические, аутоиммунные болезни, трансплантация органов и тканей и др.).

Например, химический синтез лизоцима (Д. Села, 1971 г.), пептидов вируса СПИДа (Р.В. Петров, В.Т. Иванов и др.). 3. Расшифровка строения антителиммуноглобулинов (Д. Эдельман, Р. Портер, 1959 г.). 4. Разработка метода культур животных и растительных клеток и их выращивание в промышленных масштабах с целью получения вирусных антигенов. 5. Получение рекомбинантных бактерий и рекомбинантных вирусов. 6. Создание гибридом путем слияния иммунных В лимфоцитов продуцентов антител и раковых клеток с целью получения моноклональных антител (Д. Келлер, Ц. Мильштейн, 1975 г.). 7. Открытие иммуномодуляторов иммуноцитокининов (интерлейкины, интерфероны, миелопептиды и др.) эндогенных природных регуляторов иммунной системы и их использование для профилактики и лечения различных болезней. 8. Получение вакцин с помощью методов биотехнологии и приемов генетической инженерии (гепатита В, малярии, антигенов ВИЧ и других антигенов) и биологически активных пептидов (интерфероны, интерлейкины, ростовые факторы и др.). 9. Разработка синтетических вакцин на основе природных или синтетических антигенов и их фрагментов. 10. Открытие вирусов, вызывающих иммунодефициты. 11. Разработка принципиально новых способов диагностики инфекционных и неинфекционных болезней (иммуноферментный, радиоиммунный анализы, иммуноблотинг, гибридизация нуклеиновых кислот).

Создание на основе этих способов тестсистем для индикации, идентификации микроорганизмов, диагностики инфекционных и неинфекционных болез ней. Во второй половине ХХ в. продолжается формирование новых на правлений в микробиологии, от нее отпочковываются новые дисциплины со своими объектами исследований (вирусология, микология), выделяются направления, различающиеся задачами исследования (общая микробиология, техническая, сельскохозяйственная, медицинская микробиология, генетика микроорганизмов и т.д.). Было изучено много форм микроорганизмов и примерно к середине 50х гг. прошлого века А. Клюйвером (1888 1956 гг.) и К. Нилем (1897 1985 гг.) была сформулирована теория биохимического единства жизни

Реакция Вассермана (RW или ЭДС-Экспресс Диагностика Сифилиса) - устаревший метод диагностики сифилиса при помощи серологической реакции. В настоящее время заменён микрореакцией преципитации (антикардиолипиновый тест , MP , RPR - RapidPlasmaReagin). Названа по имени немецкого иммунолога Августа Вассермана <#"justify">Это реакция агглютинации применяемая для диагностики брюшного тифа и некоторых тифо-паратифозных заболеваний.

Предложена в 1896 французским врачом Ф. Видалем (F. Widal, 1862-1929). В. р. основана на способности антител (агглютининов), образующихся в организме в течение болезни и длительно сохраняющихся после выздоровления, вызывать склеивание брюшнотифозных микроорганизмов, специфические антитела (агглютинины) обнаруживаются в крови больного со 2-ой недели болезни.

Для постановки реакции Видаля берут шприцем кровь из локтевой вены в количестве 2-3 мл и дают ей свернуться. Образовавшийся сгусток отделяют, а сыворотку отсасывают в чистую пробирку и готовят из неё 3 ряда разведений сыворотки больного от 1:100 до 1:800 следующим образом: во все пробирки разливают по 1 мл (20 капель) физиологического раствора; затем этой же пипеткой наливают 1 мл сыворотки, разведенной 1:50 в первую пробирку, перемешивают с физиологическим раствором, таким образом получают разведение 1:100, Из этой пробирки переносят 1 мл сыворотки в следующую пробирку, перемешивают с физиологическим раствором, получают разведение 1:200 также получают разведения 1:400 и 1:800 в каждом из трёх рядов.

Реакция агглютинации Видзля ведётся в объеме 1 мл жидкости, поэтому из последней пробирки после смешения жидкости удаляют 1 мл. В отдельную контрольную пробирку наливают 1 мл физиологического раствора без сыворотки. Этот контроль ставится для проверки возможности спонтанной агглютинации антигена (диагностикума) а каждом ряду {контроль антигена). Во все пробирки каждого ряда, соответствующего надписям, закапывают по 2 капли диагностикума. Штатив ставят в термостат на 2 часа при 37 «С и затем на сутки оставляют при комнатной температуре. Учёт реакции производится на следующем занятии.

В сыворотках больных могут быть как специфические, так и групповые антитела, которые различаются по высоте титра. Специфическая реакция агглютинации идёт обычно до более высокого титра. Реакция считается положительной, если агглютинация произошла хотя бы в первой пробирке с разведением 1:200. Обычно она наступает в больших разведениях. Если наблюдается групповая агглютинация с двумя или тремя антигенами, то возбудителем болезни считают того микроба, с которым произошла агглютинация в наиболее высоком разведении сыворотки.

Если при добавлении к сыворотке крови человека культуры возбудителя происходит агглютинация, реакция считается положительной. Для диагностики брюшного тифа реакцию Видаля ставят многократно, учитывая её показания в динамике и в связи с Анамнез <#"justify">Заключение

За время своего развития микробиология не только много почерпнула из смежных наук (например, иммунологии, биохимии, биофизики и генетики), но и сама дала мощный импульс для их дальнейшего развития. Микробиология изучает морфологию, физиологию, генетику, систематику, экологию и взаимоотношения микроорганизмов с другими существами. Поскольку микроорганизмы очень многообразны, то более детальным их изучением занимаются специальные её направления: вирусология, бактериология, микология, протозоология и др. Обилие фактического материала, накопленного за относительно короткий период научного развития микробиологии (со второй половины XIX в.), способствовало разделению микробиологии на ряд специализированных направлений: медицинское, ветеринарное, техническое, космическое и т.д.

Медицинская микробиология изучает микроорганизмы, патогенные и условно-патогенные для человека, их экологию и распространённость, методы их выделения и идентификации, а также вопросы эпидемиологии, специфической терапии и профилактики вызываемых ими заболеваний.

Актуальной проблемой медицинской микробиологии до настоящего времени остаётся исследование всего комплекса взаимодействий внутри экосистемы «микроорганизм-микроорганизм», будь это микроб-комменсал или микроб-патоген.

Список литературы

1. Покровский В.И. «Медицинская микробиология, иммунология, вирусология». Учебник для студентов фарм. ВУЗов, 2002.

Борисов Л.Б. «Медицинская микробиология, вирусология и иммунология». Учебник для студентов мед. ВУЗов, 1994.

Воробьев А.А. «Микробиология». Учебник для студентов мед. ВУЗов, 1994.

Коротяев А.И. «Медицинская микробиология, вирусология и иммунология», 1998.

Букринская А.Г. «Вирусология», 1986.

Л. Б. Борисов. Медицинская микробиология, вирусология, иммунология. М.: ООО «МИА», 2010. 736 с.

Поздеев О. К. Медицинская микробиология. М.: ГЭОТАР-МЕД, 2001. 754 с.

Наука биология включает в себя большое количество подразделов и дочерних наук. Однако одной из самых молодых и перспективных, полезных для человека и его деятельности является микробиология. Сравнительно недавно возникшая, но стремительно набравшая обороты в развитии, эта наука на сегодняшний день сама стала родоначальницей таких разделов, как биотехнология и Что такое микробиология и как проходили этапы ее становления и развития? Разберемся в этом вопросе подробнее.

Что такое микробиология?

В первую очередь, микробиология - это наука. Объемная, интересная, молодая, но динамично развивающаяся наука. Этимология слова ведет свое происхождение от греческого языка. Так, "mikros" означает "малый", вторая часть слова происходит от "bios", что значит "жизнь", и заключительная часть от греч. "logos", что переводится как учение. Теперь можно дать дословный ответ на вопрос, что такое микробиология. Это учение о микро-жизни.

Другими словами, это изучение самых мелких живых существ, которые не видимы невооруженным глазом. К таким одноклеточным организмам относятся:

1. Прокариоты (безъядерные организмы, или не имеющие оформленного ядра):

• бактерии;
• археи.

2. Эукариоты (организмы, имеющие оформленное ядро):

• одноклеточные водоросли;
• простейшие.

3. Вирусы.

Однако приоритетное значение в микробиологии отводится изучению именно бактерий самых разных видов, форм и способов получения энергии. Именно в этом состоят основы микробиологии.

Предмет изучения науки

На вопрос, что изучает микробиология, можно ответить так: она изучает внешнее многообразие бактерий по форме и размерам, их влияние на окружающую среду и на живые организмы, способы питания, развития и размножения микроорганизмов, а также их влияние на хозяйственную и практическую деятельность человека.

Микроорганизмы - это существа, способные обитать в самых разнообразных условиях. Для них практически нет пределов по температуре, по кислотности и щелочности среды, давлению и влажности. При любых условиях существует хотя бы одна (а чаще всего множество) группа бактерий, способная выживать. Сегодня известны сообщества микроорганизмов, которые заселяют совершенно анаэробные условия внутри вулканов, на дне термоисточников, в темных глубинах океанов, суровых условиях гор и скал и так далее.

Науке известны сотни видов микроорганизмов, которые со временем складываются в тысячи. Однако установлено, что это только малая толика того разнообразия, что есть в природе. Поэтому работы у микробиологов очень много.

Одним из самых знаменитых центров, в котором происходило подробное изучение микроорганизмов и всех процессов, с ними связанных, являлся Пастеровский институт во Франции. Названный в честь знаменитого основателя микробиологии как науки Луи Пастера, этот институт микробиологии выпустил из своих стен массу замечательных специалистов, которыми были совершены не менее замечательные и значительные открытия.

В России на сегодняшний день действует институт микробиологии им. С. Н. Виноградского РАН, который является самым крупным исследовательским центром в области микробиологии в нашей стране.

Исторический экскурс в микробиологическую науку

История развития микробиологии как науки складывается из трех основных условных этапов:

• морфологический или описательный;
• физиологический или накопительный;
• современный.

В целом, история микробиологии насчитывает в своем развитии около 400 лет. То есть начало возникновения приходится примерно на XVII век. Поэтому и считается, что она достаточно молодая наука в сравнении с другими разделами биологии.

Морфологический или описательный этап

Само название говорит о том, что на данном этапе проходило, строго говоря, просто накопление знаний о морфологии бактериальных клеток. Началось все с открытия прокариот. Данная заслуга принадлежит родоначальнику микробиологической науки итальянцу Антонио ван Левенгуку, который обладал острым умом, цепким взглядом и хорошим умением логически мыслить и обобщать. Будучи также неплохим техником, он сумел выточить линзы, дающие увеличение в 300 раз. Причем повторить его достижение смогли только в середине XX века русские ученые. И то не вытачиванием, а выплавкой линз из оптического стекловолокна.

Вот эти линзы и послужили материалом, через который Левенгук обнаружил микроорганизмы. Причем изначально он ставил перед собой задачу весьма прозаичного характера: ученого интересовало, почему хрен такой горький. Растерев части растения и рассмотрев их под микроскопом собственного производства, он и увидел целый живой мир крошечных созданий. Было это в 1695 году. С этих пор Антонио начинает активно изучать и описывать различные виды бактериальных клеток. Он различает их только по форме, однако и это уже немало.

Левенгуку принадлежит около 20 рукописных томов, которые описывают подробно шаровидные, палочковидные, спиральные и другие виды бактерий. Им написан первый труд по микробиологии, который называется "Тайны природы, открытые Антони ван Левенгуком". Первая попытка систематизировать и обобщить накопленные знания по морфологии бактерий принадлежит ученому О. Мюллеру, который предпринял ее в 1785 году. С этого момента история развития микробиологии начинает набирать свои обороты.

Физиологический или накопительный этап

На данном этапе развития науки были изучены механизмы, лежащие в основе жизнедеятельности бактерий. Рассмотрены процессы, в которых они принимают участие и которые без них невозможны в природе. Была доказана невозможность самозарождения жизни без участия живых организмов. Все эти открытия были совершены в результате экспериментов великого ученого-химика, но после этих открытий еще и микробиолога, Луи Пастера. Сложно переоценить его значение в развитии этой науки. История микробиологии вряд ли сумела бы развиться так быстро и полно, если бы не этот гениальный человек.

Открытия Пастера можно отобразить несколькими основными пунктами:

• доказал, что знакомый людям издревле процесс брожения сахаристых веществ обусловлен наличием определенного вида микроорганизмов. Причем для каждого вида брожения (молочно-кислое, спиртовое, масляное и так далее) характерно наличие специфической группы бактерий, которые его и осуществляют;
• ввел в пищевую отрасль процесс пастеризации для избавления продуктов от микрофлоры, вызывающей их гниение и порчу;
• ему принадлежит заслуга повышения иммунитета к болезням путем введения вакцины в организм. То есть Пастер - родоначальник прививок, именно он доказал, что болезни вызываются наличием болезнетворных бактерий;
• разрушил представления об аэробности всего живого и доказал, что для жизни многих бактерий (маслянокислых, например) кислород вообще не нужен, и даже вреден.

Главной неоспоримой заслугой Луи Пастера стало то, что все свои открытия он доказывал экспериментально. Так, что ни у кого не могло оставаться сомнений в справедливости полученных результатов. Но на этом история микробиологии, конечно, не заканчивается.

Еще одним ученым, работавшим в XIX веке и внесшим неоценимый вклад в изучение микроорганизмов, стал - немецкий ученый, которому принадлежит заслуга выведения чистых линий бактериальных клеток. То есть в природе все микроорганизмы тесно взаимосвязаны между собой. Одна группа в процессе жизнедеятельности создает для другой, другая делает тоже самое для третьей и так далее. То есть это те же цепи питания, что и у высших организмов, только внутри бактериальных сообществ. Вследствие этого очень сложно изучить какое-то отдельное сообщество, группу микроорганизмов, ведь их размеры чрезвычайно малы (1 -6 м или 1 мкм) и, находясь в постоянном тесном взаимодействии между собой, они не поддаются тщательному изучению поодиночке. Идеальной представлялась возможность вырастить множество идентичных клеток бактерий одного сообщества в искусственных условиях. То есть получить массу одинаковых клеток, которые будут видны невооруженным глазом и изучить процессы у которых станет значительно легче.

Таким образом было накоплено множество ценных сведений о жизнедеятельности бактерий, их пользе и вреде для человека. Развитие микробиологии пошло еще более интенсивным путем.

Современный этап

Современная микробиология - это целый комплекс подразделов и мини-наук, которые занимаются изучением не только самих бактерий, но и вирусов, грибков, архей и всех известных и вновь открываемых микроорганизмов. На вопрос, что такое микробиология, сегодня можно дать очень полный и развернутый ответ. Это комплекс наук, занимающихся изучением жизнедеятельности микроорганизмов, их применения в практической жизни человека в разных областях и сферах, а также влияния микроорганизмов друг на друга, на окружающую среду и живые организмы.

В связи с таким обширным понятием микробиологии следует привести современную градацию данной науки на разделы.

1. Общая.
2. Почвенная.
3. Водная.
4. Сельскохозяйственная.
5. Медицинская.
6. Ветеринарная.
7. Космическая.
8. Геологическая.
9. Вирусология.
10. Пищевая.
11. Промышленная (техническая).

Каждый из приведенных разделов занимается подробным изучением микроорганизмов, их влияния на жизнь и здоровье людей и животных, а также возможности использования бактерий в практических целях для улучшения качества жизни человечества. Все это в комплексе и есть то, что изучает микробиология.

Наибольший вклад в развитие современных методов микробиологии, способов выведения и возделывания штаммов микроорганизмов внесли такие ученые, как Вольфрам Циллиг и Карл Штеттер, Карл Везе, Норман Пейс, Уотсон Крик, Полинг, Цукеркандль. Из отечественных ученых это такие имена, как И. И. Мечников, Л. С. Ценковский, Д. И. Ивановский, С. Н. Виноградский, В. Л. Омелянский, С. П. Костычев, Я. Я. Никитинский и Ф. М. Чистяков, А. И. Лебедев, В. Н. Шапошников. Благодаря работам перечисленных ученых, были созданы способы борьбы с серьезными болезнями животных и людей (сибирская язва, сахарный клещ, ящур, оспа и так далее). Были созданы способы повышения иммунитета к бактериологическим и вирусным заболеваниям, получены штаммы микроорганизмов, способных перерабатывать нефть, создавать в процессе жизнедеятельности массу различных органических веществ, очищать и улучшать экологическую обстановку, разлагать нераспадающиеся химические соединения и многое другое.

Вклад этих людей поистине неоценим, поэтому некоторые из них (Мечников И. И.) получили Нобелевскую премию за свои работы. На сегодняшний день существуют дочерние науки, образовавшиеся на основе микробиологии, которые являются самыми передовыми в биологии - это биотехнология, биоинженерия и генная инженерия. Работа каждой из них направлена на получение организмов или группы организмов с заранее заданными свойствами, удобными человеку. На выведение новых методов работы с микроорганизмами, на получение максимальной выгоды от использования бактерий.

Таким образом, этапы развития микробиологии хотя и немногочисленны, однако очень содержательны и полны событиями.

Методы изучения микроорганизмов

Современные методы микробиологии основаны на работе с чистыми культурами, а также использовании новейших достижений техники (оптической, электронной, лазерной и так далее). Вот основные из них.

1. Использование микроскопических технических средств. Как правило, только световые микроскопы полного результата не дают, поэтому применяются также люминесцентные, лазерные и электронные.
2. Посевы бактерий на специальных питательных средах для выведения и культивирования абсолютно чистых колоний культур.
3. Физиолого-биохимические методы анализа культуры микроорганизмов.
4. Молекулярно-биологические методы анализа.
5. Генетические методы анализа. На сегодняшний день стало возможным проследить генеалогическое древо практически каждой открытой группы микроорганизмов. Это стало возможным благодаря работам Карла Везе, который сумел расшифровать участок генома колонии бактерий. С этим открытием стало возможным построение филогенетической системы прокариот.

Совокупность перечисленных методов позволяет получать полную и подробную информацию о любом из вновь открывающихся или уже открытых микроорганизмов и находить им правильное применение.

Этапы микробиологии, которые она прошла в своем становлении как наука, не всегда включали такой щедрый и точный набор методов. Однако примечательно, что самым действенным в любые времена является метод экспериментальный, именно он послужил основой для накопления знаний и умений в работе с микромиром.

Микробиология в медицине

Один из наиболее важных и значимых именно для человеческого здоровья разделов микробиологии является медицинская микробиология. Предметом ее изучения стали вирусы и патогенные бактерии, которые вызывают тяжелые заболевания. Поэтому перед медиками-микробиологами стоит задача: выявить патогенный организм, культивировать его чистую линию, изучить особенности жизнедеятельности и причины, по которым наносится вред организму человека, и найти средство для устранения данного действия.

После того как чистая культура патогенного организма будет получена, необходимо провести тщательный молекулярно-биологический анализ. На основе результатов провести испытание устойчивости организмов к антибиотикам, выявить пути распространения заболевания и выбрать наиболее эффективный метод лечения против данного микроорганизма.

Именно медицинская микробиология, в том числе ветеринарная, помогла решить ряд злободневных проблем человечества: созданы бешенства, рожи непарнокопытных, оспы овец, анаэробных инфекций, туляремии и паратифа, стало возможным избавление от чумы и парапневмонии и так далее.

Пищевая микробиология

Основы микробиологии, санитарии и гигиены тесно взаимосвязаны между собой и вообще едины. Ведь патогенные организмы способны распространяться гораздо быстрее и в большем объеме, когда условия санитарии и гигиены оставляют желать лучшего. И в первую очередь это находит отражение в пищевой промышленности, при массовых производствах продуктов питания.

Современные данные о морфологии и физиологии микроорганизмов, биохимических процессах, вызываемых ими, а также влияние экологических факторов на микрофлору, развивающуюся в продуктах питания при транспортировании, хранении, реализации и переработке сырья, позволяют избежать многих проблем. Роль микроорганизмов в процессе формирования и изменения качества пищевых продуктов и возникновения ряда заболеваний, вызываемых патогенными и условно-патогенными видами, весьма значительна, и поэтому задачей пищевой микробиологии, санитарии и гигиены является эту роль выявить и повернуть на благо человеку.

Также пищевая микробиология культивирует бактерии, способные преобразовывать из нефти белки, использует микроорганизмы для разложения пищевых продуктов, для обработки многих товаров питания. Процессы брожения на основе молочно-кислых и масляно-кислых бактерий дают человечеству множество необходимых продуктов.

Вирусология

Совершенно отдельная и очень большая группа микроорганизмов, которая на сегодняшний день является самой малоизученной - это вирусы. Микробиология и вирусология - две тесно взаимосвязанные категории микробиологической науки, которые изучают патогенные бактерии и вирусы, способные нанести тяжкий вред здоровью живых организмов.

Вирусология раздел очень обширный и сложный, поэтому заслуживает отдельного изучения.