1. Анаэробное дыхание.

2. Аноксигенная фототрофия прокариот.

3. Аэробное дыхание с использованием неорганических веществ в качестве источников энергии (дыхательная литотрофия).

4. Аэробное дыхание, с использованием высокомолекулярных органических веществ в качестве источников энергии (дыхательная хемоорганотрофия).

5. Бактериальная культура. Накопительные культуры и принцип элективности. Чистые культуры, методы их получения и значение. Смешанные культуры. Культивирование аэробных и анаэробных прокариот. Принципы составления сред для культивирования микроорганизмов. Основные типы питательных сред. Стерилизация и хранение сред.

6. Бактериальная культура. Накопительные культуры и принцип элективности. Чистые культуры, методы их получения и значение. Смешанные культуры. Культивирование аэробных и анаэробных прокариот. Принципы составления сред для культивирования микроорганизмов. Основные типы питательных сред. Стерилизация и хранение сред.

7. Бактериальная хромосома: строение, размер и копийность. Организация нуклеоида прокариот.

8. Биологический цикл железа.

9. Брожение.

10. Влияние факторов внешней среды на микроорганизмы. Отношение микроорганизмов к излучению, температуре, гидростатическому и осмотическому давлению, магнитному полю, pH, молекулярному кислороду, влажности.

11. Внутрицитоплазматические включения прокариот: фикобилисомы, аэросомы, карбоксисомы, магнетосомы, хлоросомы, запасные вещества, параспоральные кристаллы и др.

12. Внутрицитоплазматические включения прокариот: фикобилисомы, аэросомы, карбоксисомы, магнетосомы, хлоросомы.

13. Генетика прокариот. Фенотипическая и генотипическая изменчивость. Типы мутаций. Диссоциация у бактерий. Типы рекомбинации ДНК у прокариот: трансформация, конъюгация и трансдукция. Значение мутаций и рекомбинаций прокариот.

14. Двигательный аппарат и движение спирохет.

15. Домен Archaeae. Характеристика. Сходство и различие архей с эукариями и бактериями.

16. Жгутики бактерий. Число и расположение жгутиков. Макроорганизация бактериальных жгутиков. Движение бактерий при помощи жгутиков (плавание, по типу роения, движение спирохет).

17. Значение микроорганизмов в природе и жизни человека.

18. История микробиологии. Этапы развития микробиологии. Открытие микромира. Работы Р.Коха и Л.Пастера.

19. Квази-фототрофные археи.

20. «Квази-фототрофия» прокариот.

21. Клеточные стенки бактерий. Общий план строения. Функции клеточных стенок бактерий. Протопласты, сферопласты и L-формы бактерий. Окраска прокариот по Граму: современная оценка.

22. Лизогенная конверсия.

23. Лизогенная конверсия.

24. Макромолекулярная организация клеточных стенок грамположительных бактерий. Химическое строение пептидогликана муреина. Тейхоевые и липотейхоевые кислоты.

25. Макромолекулярная организация клеточных стенок грамположительных бактерий.

26. Механизмы поступления различных соединений в клетку. Пассивный транспорт, активный транспорт (первичный и вторичный), фосфотрансферазная система переноса.

27. Механизмы поступления различных соединений в клетку. Пассивный транспорт (осмос, простая и облегченная диффузия). Активный транспорт (первичный и вторичный). Фосфотрансферазная система переноса.

28. Механизмы поступления различных соединений в клетку. Пассивный транспорт, активный транспорт (первичный и вторичный), фосфотрансферазная система переноса.

29. Микробиология как наука. Предмет и задачи микробиологии. Связь с другими науками. Методы изучения микроорганизмов.

30. Молочнокислое брожение.

31. Морфология и молекулярное строение прокариотических геномов. Размеры, топология и число хромосом. Нуклеоид.

32. Муреин–тейхоевый саккулус грамположительных бактерий.

33. Окраска прокариот по Граму: современная оценка.

34. Отношение микроорганизмов к молекулярному кислороду.

35. Отношение микроорганизмов к температуре.

36. Паракристаллический поверхностный S-слой.

37. Питание прокариот. Химический состав прокариотной клетки. Макроэлементы и микроэлементы. Пищевые потребности микроорганизмов в соединениях углерода и азота. Факторы роста.

38. Плазмиды бактерий: форма, размеры, важнейшие свойства, строение. Виды плазмид. Несовместимость плазмид.

39. Поверхностные органеллы: целлюлосомы, шипы и экстрацеллюлярные газовые баллоны.

40. Покоящиеся формы прокариот: цисты, акинеты, экзоспоры, микоспоры. Морфологическая дифференцировка вегетативных клеток в особые формы, специализированные на выполнении какой-либо определенной/особой функции.

41. Покровы прокариотной клетки: капсулы, слизистые слои, чехлы.

42. Покровы прокариотной клетки: капсулы, слизистые слои, чехлы; их строение и химический состав. Паракристаллический поверхностный S-слой.

43. Покровы прокариотной клетки: капсулы, слизистые слои, чехлы; их строение и химический состав. Поверхностные органеллы: целлюлосомы, шипы и экстрацеллюлярные газовые баллоны.

44. Превращение соединений азота микроорганизмами.

45. Превращение соединений серы микроорганизмами.

46. Превращение соединений фосфора микроорганизмами.

47. Размножение у прокариот.

48. Разнообразие типов питания у прокариот. Номенклатура терминов, используемых для обозначения типов питания микроорганизмов по источнику углерода, энергии, окисляемому субстрату.

49. Разрушение клеточных стенок. Протопласты, сферопласты и L-формы бактерий. Бактерии с особенностями строения клеточных стенок (микоплазмы, планктомицеты, хламидии).

50. Разрушение клеточных стенок. Протопласты, сферопласты и L-формы бактерий.

51. Распространение микроорганизмов. Общая характеристика и значение микрофлоры почвы, воды, воздуха, растений, организма человека и животных.

52. Роль микроорганизмов в геохимических процессах круговорота серы.

53. Рост микроорганизмов. Рост клетки и популяции. Основные параметры роста культур. Кривая роста. Периодическое культивирование. Проточное культивирование. Синхронные культуры.

54. Систематика и номенклатура прокариот. Современные направления в систематике прокариот: фенотипический подход, геносистематика, филогенетическая систематика. Искусственные системы классификации. Правила и термины номенклатуры и диагностики. Клон, культура, популяция бактерий. Понятие «вид» у прокариот.

55. Спиртовое брожение.

56. Строение бактериального жгутика.

57. Строение клеточных стенок бактерий с грамотрицательным морфотипом (общий план строения, строение и функции отдельных компонентов).

58. Таксисы бактерий.

59. Типы движения бактерий: твитчинг, скольжение, внутриклеточная подвижность, основанная на полимеризации актина. Таксисы.

60. Три домена: Archaeae, Bacteria, Eukarya. Важнейшие отличительные признаки эукариот и прокариот. Характеристика домена Bacteria.

61. Участие микроорганизмов в биогеохимических циклах кислорода, углерода и водорода.

62. Участие микроорганизмов в круговороте азота.

63. Участие микроорганизмов в круговороте серы.

64. Участие микроорганизмов в круговороте фосфора.

65. Фенотипическая и генотипическая изменчивость. Мутационная природа изменчивости. Типы мутаций. Спонтанный и индуцированный мутагенез. Применение мутантов микроорганизмов в научных исследованиях и в практических целях.

66. Фимбрии прокариот, их строение и функции. Классификация фимбрий.

67. Форма и размеры прокариот. Характерные объединения клеток. «Гигантские» и «карликовые» организмы. Факторы, определяющие размеры и форму клетки.

68. Формы переноса генетического материала у прокариот: трансформация, трансдукция, конъюгация.

69. Химический состав прокариотной клетки. Макроэлементы и микроэлементы. Пищевые потребности микроорганизмов в соединениях углерода и азота. Факторы роста.

70. Хромосома E. coli как репликон. Бинарное деление бактерий.

71. Эндоспора. Краткая характеристика бактерий, образующих эндогенные споры. Спорообразование. Зрелая спора, ее строение. Стадии и пусковой механизм прорастания спор.

1. Анаэробное дыхание- биохимический процесс окисления органических и неорганических субстратов с использованием в дыхательной цепи в качестве конечного акцептора электронов вместо О₂ других окислителей неорганической или органической природы

Типы анаэробного дыхания у прокариот

Нитратное, конечный акцептор е - NO3-, NO2-, продукты восстановления - NO2-, NO, N2O, N2, представители – факультативные анаэробы, роды Pseudomonas и Bacillus.Сульфатное - SO42-, H2S, Строгие анаэробы;сульфатвосстанавливающие/сульфатредуцирующие; родыDesulfovibrio, Desulfomonas,Desulfotomaculum.

Серное - S0,H2S, Строгие анаэробы; Desulfuromonas acetoxidans

Железное - Fe3+, Fe2+, Смешанные популяции почвенных бактерий: роды Pseudomonas,Clostridium, Bacillus, Serratia; Escherichia; сем. Geobacteriaceae –G. metallireducens, G.Sulfurreducens

Фумаратное – Фумарат, Сукцинат, Широко распространенно, в частности, встречается у энтеробакт. (роды Escherichia, Proteus, Salmonella, Klebsiella); Bacteroides, Propionibacterium,Vibrio succinogenes

Карбонатное - СО2, СН4 - Строгие анаэробы; метанобразующие археи родов Methanobacterium, Methanococcus, Methanosarcina, Methanospirillum, АцетатСтрогие анаэробы; Фцетогенные бактерии (роды Acetobacterium, Clostridium, Peptostreptococcus)Ассимиляционная нитрат редукция – азот нитрата используется бактериями для синтеза азотсодержащих клеточных компонентов.

Восстановление до аммония, который потом попадает в клетку. 2 реакции:

Нитратредуктаза b – восстанавливает нитрат до нитрита (2 электрона) – содержит Mo, находится в цитоплазме

Нитритредуктаза – восстанавливает нитрит до аммония (6 электронов) – содержит Fe, частично в гемовой форме, частично Fe+S

Диссимиляционная нитрат редукция (или денитрификация) – энергодающий процесс восстановления оксоанионов NO3- и NO2- до какой либо газообразной формы азота (NO, N2O, N2)

- нитрат в анаэробных условиях служит конечным акцептором электронов

Денитрификация (24 рода)

Индуцируется анаэробными условиями и иногда нитратами. Процесс нежелателен для с/х.

NO3-NO2-NO-N2O-N2

1 этап. Нитратредуктаза восстанавливает NO3- -> NO2- (2е). Закодирована геном Nar. На этом этапе все моет закончится. В дыхательной цепи на уровне цитохрома b

2 этап. Нитритредуктаза восстановление до NO. Ген Nir. В дыхательной цепи на уровне цитхрома с (также на этом уровне проходят этапы 3,4)

2. Аноксигенная фототрофия прокариот.- вариант фотосинтеза (процесса образования органических веществ на свету), при котором не происходит синтез молекулярного кислорода. Для аноксигенного фотосинтеза требуется наличие во внешней среде восстановленных субстратов, например, сероводорода, серы, тиосульфата, органических соединений или молекулярного водорода.

Механизм аноксигенного фотосинтеза пурпурных и зеленых бактерий.

Тип транспорта электронов:

Замкнутая (циклическая цепь) - пурпурные, зеленые бактерии, энергетический выход –АТФ.

Разомкнутая (нециклическая цепь) - у зеленых бактерий, э.в. – АТФ, NADH.

у пурпурных бактерий первичный акцептор электронов – хинон+Feу зеленых бактреий первичный акцептор электронов – Fе-S-белок.

Электронные дырки заполняются электронами, полученными от цитохрома, который получил их от экзогенного субстрата.

Экзогенный донор электронов (органический, неорганический) представляет собой восстановленные соединения серы – S, H₂S, SO₄, тиосульфат, тетратионат, тиогликолят и молекулярный кислород.

3. Аэробное дыхание с использованием неорганических веществ в качестве источников энергии (дыхательная литотрофия).

Хемолитотрофия - способ существования, обнаруженный только у прокариот, при котором источникомэнергии служат реакции окисления неорганических соединений. Минеральные в-ва – H2, NH4⁺, NO2^-, Fe³⁺, H2S, S, SO₃^2-, S₂O₃, CO. нитрифицирующие бактерии окисляют восстановленные неорганические соединения азота Nitrobacteriaceae;

бактерии, окисляющие серу, используют H2S, молекулярную серу (S0) или ее окислы. Bacillus, Pseudomonas и др. В эту группу входят и хемолитотрофные бактерии такие как тионовые бактерии (4 рода: Thiobacillus, Thiomicrospira, Thiodendron и Sulfolobus) и бесцветные серобактерии (роды Achromatium, Thiovulum, Тhiospira, Thiobacterium, Thiothrix, Beggiatoa);

железобактерии окисляют восстановленное железо или марганец (Thiobacillus ferrоoxidans);

водородные бактерии используют в качестве источника энергии молекулярный водород (род: грам-: Alcaligenes, Pseudomonas, Rhizobium; грам+: Nocardia, Mycobacterium, Bacillus);

у карбоксидобактерий единственный источник углерода и энергии – СО2 (Pseudomonas, Achromobacter, Comamonas).

4. Аэробное дыхание, с использованием высокомолекулярных органических веществ в качестве источников энергии (дыхательная хемоорганотрофия).

Если источником энергии служит органическое вещество, то такой вариант хемотрофии называется хемоорганотрофией.

Окисляемый субстрат в дыхании бактерий:

Орг. Вещества. (Хемоорганотрофы):

1.моносахариды

– полное окисление C2H12O6+6O2->6CO2+6H2O+E

- неполное ок-е 2C2H12O6+3O2->2C6H8O7+4H2O+E

2. Органические к-ты, спирты, аминокислоты, непригодные для др. организмов углеводороды:

CH4+2O2->CO2+2H2O+E

Это тип питания, характерный для микроорганизмов, получающих необходимую энергию и углерод из органических соединений. Это самая разнообразная и весьма многочисленная группа микроорганизмов. Они широко распространены в природе и играют огромную роль в разложении органических веществ. В качестве источников углерода хемоорганотрофы используют готовые органические соединения самой различной химической структуры. Наиболее подходящими являются соединения, содержащие альдегидные и кетонные группы, а также насыщенные связи.

В глобальном масштабе хемоорганотрофия представляет собой консументный процесс, при котором используются неогенные, и ископаемые продукты фототрофной иили емолитотрофной ассимиляции неорганического углерода.

5. Бактериальная культура. Накопительные культуры и принцип элективности. Чистые культуры, методы их получения и значение. Смешанные культуры. Культивирование аэробных и анаэробных прокариот. Принципы составления сред для культивирования микроорганизмов. Основные типы питательных сред. Стерилизация и хранение сред.

Бактериальная культура - искусственно выращенные бактерий на питательных средах. Элективной (накопительной) культурой называется культура, в которой из большого числа форм,имеющихся в посевном материале, растѐт преимущественно один вид. Принцип элективности заключается в подборе строгоизбирательных условий — питательной среды и других факторов — для выделения и культивирования определенных видов микроорганизмов с учетом их природных физиологических особенностей.

Чистая культура - совокупность микроорганизмов одного вида, имеющих одинаковые морфологические и биохимические свойства и одинаковые свойства их культур.

Для получения чистых культур дрожжей, микроскопических грибов и микроорганизмов используются:

капельный метод Линднера (англ. Lindner's hanging drop);

микроманипуляторный метод;

выращивание из единственной колонии на агаре или желатине;

методвлажной камеры Ганзена. Чистые культуры используются при: изучении систематики и изменчивости микроорганизмов; диагностике для идентификации возбудителей порчи пищевых продуктов; диагностике инфекционных болезней; в микробиологической промышленности в качестве исходного материала для получения ферментов, вакцин, антибиотиков, витаминов, стероидных гормонов и других продуктов; в пищевой промышленности: в виноделии, пивоварении, производстве молочнокислых продуктов и хлеба.

Смешанная культура – культура клеток, первично выделенная из природных источников (воды, воздух, почва), состоит из нескольких видов микроорганизмов.

Культивирование аэробных микроорганизмов проводят следующим образом:на поверхности плотных сред или в тонком слое жидких сред, когда микроорганизмы получают кислород непосредственно из воздуха; в жидких средах (глубинное культивирование). В этом случае микроорганизмы используют растворенный в среде кислород. В связи с низкой растворимостью кислорода, для обеспечения роста аэробных бактерий в толще среды, требуется постоянное аэрирование.

Культивирование анаэробных микроорганизмов более сложно, чем выращивание аэробов, так как здесь должен быть сведен до минимума контакт микроорганизмов с молекулярным кислородом. Для создания анаэробных условий используют различные приемы. Их подразделяют на физические, химические и биологические. Все они основаны на том, что микроорганизмы культивируют в каком-то замкнутом пространстве. К физическим методам создания анаэробных условий относится культивирование в микроанаэростате - вакуумном аппарате для выращивания микроорганизмов, в котором воздух замещен газовой смесью. Наиболее часто используемая смесь имеет следующий состав: азот с 5% СО2 и 10% Н2.

К химическим методам относится:

- Использование химических веществ, поглощающих молекулярный кислород - в качестве поглотителей молекулярного кислорода в лабораторной практике используют щелочной раствор пирогаллола, дитионит натрия (Na2S2O4), металлическое железо, хлорид одновалентной меди и некоторые другие реактивы.

Использование восстанавливающих агентов, которые добавляют в большинство сред для снижения окислительно-восстановительного потенциала среды: тиогликолат натрия, цистеин, аскорбиновая кислота.

Как пример биологического способа создания анаэробных условий - выращивание совместно с аэробными или факультативно-анаэробными бактериями.Например, питательную среду в чашке Петри разделяют желобком на две половины, на одну половину засевают какой-либо аэробный микроорганизм, на другой - анаэроб. Края чашки заливают парафином. Рост анаэробного микроорганизма начнется только после полного использования кислорода аэробом.

Для культивирования анаэробных бактерий используют и другие методы, ограничивающие доступ воздуха

• растущей культуре:

- выращивание в высоком слое среды;

- выращивание в толще плотной среды;

- культивирование в вязких средах, в которых диффузия молекулярного кислорода в жидкость уменьшается с увеличением ее плотности;

- заливка среды с посевом высоким слоем стерильного вазелинового масла или парафина.

• лабораторных условиях микроорганизмы культивируют на питательных средах, поэтому питательная среда должна содержать все вещества, необходимые для их роста. Предложены сотни различных сред для культивирования микроорганизмов, состав которых определяется потребностями микроорганизмов в соединениях, необходимых для биосинтеза и получения энергии. Конструктивные и энергетические процессы у микроорганизмов крайне разнообразны, поэтому столь же разнообразны их потребности в питательных веществах. Из этого следует, что универсальных сред, одинаково пригодных для роста всех без исключения микроорганизмов, не существует. Основными компонентами любой питательной среды для культивирования микроорганизмов являются соединения углерода и азота. И именно эти соединения определяют специфичность подавляющего большинства питательных сред. Наиболее требовательные микроорганизмы культивируют на питательных средах, содержащих белки или продукты их неполного расщепления — пептоны, представляющие собой смесь поли-и олигопептидов, аминокислот, органических азотных оснований, солей и микроэлементов. Многие микроорганизмы требуют наличия в среде так называемых факторов роста, к которым относятся витамины, пурины, пи-римидины и аминокислоты. Кроме источников углерода, азота и факторов роста микроорганизмам для построения веществ клетки необходимы сера, фосфор и ряд других элементов. Все они должны содержаться в питательной среде в доступной для микроорганизмов форме. Питательные среды для культивирования микроорганизмов кроме соединений, необходимых для процессов биосинтеза, должны включать и энергетический материал.

Требования, предъявляемые к средам

- быть питательными, то есть содержать в легко усвояемом виде все вещества, необходимые для удовлетворения пищевых и энергетических потребностей. При культивировании ряда микроорганизмов в среды вносят факторы роста — витамины, некоторые аминокислоты, которые клетка не может синтезировать.

- иметь оптимальную концентрацию водородных ионов — pH, так как только при оптимальной реакции среды, влияющей на проницаемость оболочки, микроорганизмы могут усваивать питательные вещества. Для большинства патогенных бактерий оптимальна слабощелочная среда (pH 7,2-7,4). Исключение составляют холерный вибрион — его оптимум находится в щелочной зоне (pH 8,5-9,0) и возбудитель туберкулѐза, нуждающийся в слабокислой реакции (pH 6,2-6,8). Чтобы во время роста микроорганизмов кислые или щелочные продукты их жизнедеятельности не изменили pH, среды должны обладать буферностью, то есть содержать вещества, нейтрализующие продукты обмена.

- быть изотоничными для микробной клетки; то есть осмотическое давление в среде должно быть таким же, как внутри клетки. Для большинства микроорганизмов оптимальная среда, соответствующая 0,5 % раствору натрия хлорида.

- быть стерильными, так как посторонние микробы препятствуют росту изучаемого микроба, определению его свойств и изменяют свойства среды.

- плотные среды должны быть влажными и иметь оптимальную для микроорганизмов консистенцию.

- обладать определѐнным окислительно-восстановительным потенциалом, то есть соотношением веществ, отдающих и принимающих электроны, выражаемым индексом RH₂. Например, анаэробы размножаются при RH₂, не выше 5, а аэробы — при RH₂ не ниже 10.

- быть по возможности унифицированным, то есть содержать постоянное количество отдельных ингредиентов.

- Желательно, чтобы среды были прозрачными — удобнее следить за ростом культур, легче заметить загрязнение среды посторонними микроорганизмами.

По консистенции выделяют жидкие,плотные(1,5-3%агара)и полужидкие(0,3-0,7 %агара)среды. Агар- полисахарид сложного состава из морских водорослей,основной отвердитель для плотных

(твердых) сред. В качестве универсального источника углерода и азота применяют пептоны- продукты ферментации белков пепсином, различные гидролизаты- мясной, рыбный, казеиновый, дрожжевой и др.

По назначению среды разделяют на ряд групп:

универсальные (простые), пригодные для различных нетребовательных микроорганизмов (мясо-пептонный бульон- МПБ, мясо- пептонный агар- МПА);

специальные- среды для микроорганизмов, не растущих на универсальных средах (среда Мак- Коя на туляремию, среда Левенштейна- Иенсена для возбудителя туберкулеза);

• дифференциально- диагностические- для дифференциации микроорганизмов по ферментативной активности и культуральным свойствам ( среды Эндо, Плоскирева, Левина, Гисса);

• селективные (элективные)- для выделения определенных видов микроорганизмов и подавления роста сопутствующих- пептонная вода, селенитовая среда, среда Мюллера.

По происхождению среды делят на естественные,полусинтетические и синтетические.