2 курс / Микробиология 1 кафедра / Доп. материалы / Микробиология_Нанобиотехнологии_А_А_Адиева_2016_пособие

УДК 579616:663.1

Адиева А. А.

Микробиология. Нанобиотехнологии: учебное пособие. – Махачкала: Издательство ДГУ, 2016. – 206с.

ISBN

Учебное пособие составлено на основе программ по микробиологии и нанобиотехнологии в биохимии и в пищевой промышленности. Рассчитан на студентов, магистров и аспирантов биолого-технологических специальностей.

Рецензенты: А.А.Кущ – руководитель отдела молекулярной вирусологии НИИ вирусологии им. Д.И.Ивановского Минздрава России.

Г.Г. Миллер – руководитель лаборатории смешанных инфекций ФГБУ «Научно-исследовательский институт эпидемиологии и микробиологии им. Н.Ф.Гамалея» Минздрава России.

Издается по решению редакционно-издательского совета Дагестанского государственного университета

©Адиева А.А., 2016

©Издательство ДГУ, 2016

ПРЕДИСЛОВИЕ

Вселенная состоит из живой и неживой материи. Представителей живой природы условно можно разделить на две большие группы: макромир и микромир. К макромиру относятся все те представители живой материи,

которых мы видим невооруженным пазом: животные, растения, птицы,

насекомые, гельминты и т.д. К микромиру относятся многочисленные микроорганизмы, а также более просто устроенные формы живой материи,

такие как вирусы и прионы, которые невидимы невооруженным глазом, но которых можно наблюдать с помощью оптических приборов - микроскопов.

Заселившие Землю примерно 4 миллиарда лет назад микроорганизмы и в настоящее время являются самой многочисленной группой живых существ,

составляя третье царство, которое по предложению Геккеля (1866) имеет собирательное название – протисты. В свою очередь, протисты подразделяются на высшие и низшие. Высшие протисты, клетки, которых сходны с животными и растительными клетками, являются эукариотами. К

низшим протистам относятся бактерии (включая и риккетсии) и сине-

зеленые водоросли, сильно отличающиеся по строению своих клеток от всех других организмов и имеющие общее название – прокариоты.

По своему химическому составу все живые существа нашей планеты во многом сходны. Их важнейшими компонентами являются ДНК, РНК, белок.

Основная физическая единица живого так же универсальна – это клетка.

Однако строение клеток прокариот (бактерий и сине-зеленых водорослей), с

одной стороны, и клеток животных и растений (в том числе микроскопически малых) – эукариот, с другой стороны, позволяют говорить о весьма существенных различиях между двумя этими группами.

Прокариотов можно рассматривать как реликтовые формы,

сохранившиеся с давних времен, а появление эукариотических форм рассматривают как гигантский скачок в эволюции организмов. Однако микроорганизмы, и, в частности, прокариоты, испытывая непрерывное

Микробиология — наука о живых организмах, невидимых невооруженным человеческим глазом, размерами менее 1 мм .

Объектами микробиологии являются прокариотические организмы – бактерии и археи, а также эукариоты – простейшие, микроскопические водоросли, низшие грибы.

Микроорганизмы населяют все экологические ниши и живут там, где развиваются животные и растения, а также во многих других ареалах, в

которых не могут развиваться другие живые организмы – при высоких (до

113С) и при низких (до -36С) температурах, высоких (до 1400 атм) давлениях,

при полном отсутствии кислорода, в условиях высокой солености (в

насыщенных растворах NaCI), при высокой кислотности (рН 0-1) и

щелочности (рН до 11). Микроорганизмы – прокариоты могут развиваться в скальных породах на глубине до 6 км, на вершинах высоких гор (6-7 км), в

безводных пустынях, на поверхности зданий, сооружений и памятников.

Споры микробов чрезвычайно устойчивы, они могут выдерживать условия космического пространства и выживать в течение 20-30 млн лет (например, в

кишечнике пчелы, замурованной в кусочке янтаря).

Пища является благоприятной питательной средой для развития микробов, которые своим действием могут изменить свойства и качество пищи, делая ее опасной для здоровья человека.

Знание основ микробиологии необходимо работникам общественного питания для правильного понимания роли микробов в развитии пищевых инфекций и отравлений, а также для осуществления мер по их предупреждению.

Название «микробиология» происходит от трех греческих слов: mikros —

малый, bios — жизнь и logos — учение. Микробиология — это одна из биологических наук, изучающая микроорганизмы, их морфологию,

систематику, генетику, физиологию, распространение в природе.

Микроорганизмы (микробы) — это мельчайшие живые организмы, которые находятся вокруг нас: в воздухе, воде, почве, продуктах. Микроорганизмы нельзя увидеть невооруженным глазом.

Темпы обмена веществ и роста у бактерий в сравнении с растениями и животными соответственно в 1000 и 50 000 раз выше.

К микроорганизмам относятся бактерии, дрожжи, микроскопические грибы, вирусы и другие. Они способны существовать в различных условиях. Основная часть микроорганизмов — одноклеточные, но имеются и многоклеточные.

Вопрос 2. Краткая история развития микробиологии.

Микробы были открыты в 1661 году голландским естествоиспытателем Антони ван Левенгуком (1632—1723), сконструировавшим микроскоп, ко-

торый увеличивал изображение до 160—200 раз. Через этот прибор он

наблюдал мир мельчайших существ в различных средах, впоследствии описав их в своей книге «Тайна природы».

Французский ученый Луи Пастер (1822—1895) впервые установил связь между микроорганизмами и процессами, происходящими в природе

(брожение). Исследования природы брожений стали продолжением работы по выяснению причины прокисания вина. Работы по изучению возбудителей

«болезней» пива и вина позволили Л.Пастеру предложить способ тепловой обработки этих продуктов, предохраняющий их от порчи, который получил название «пастеризация». Они же навели ученого на мысль о том, что микроорганизмы являются возбудителями и инфекционных заболеваний человека. Впоследствии он доказал, что ряд болезней человека и животных возникает от болезнетворных микробов, разработал вакцины против бе-

шенства и сибирской язвы, применение которых предупреждает воз-

никновение этих грозных заболеваний. Работы велись параллельно в Париже (Л. Пастер) и Берлине (Р.Кох).

Немецкий бактериолог Роберт Кох (1843—1910) внес большой вклад в микробиологию, разработав методы исследования микробов и питательные среды для их выращивания. Он открыл возбудителей туберкулеза и холеры и сформулировал триаду, получившую его имя, для доказательства микробной этиологии заболевания: 1. Микроорганизм должен присутствовать в материале больного 2. Выделенный в чистой культуре должен вызывать ту же болезнь 3. Возбудитель при экспериментально вызванном повторном заболевании должен снова быть выделен в чистую культуру, и две эти чистые культуры должны быть идентичными. Знаменитая чашка Петри и бактериальные форфоровые фильтры Шамберлана также были впервые применены сотрудниками института Р.Коха.

Развитие микробиологии связано с именами выдающихся русских ученых.

И.И. Мечников (1845—1916) открыл защитные свойства организма,

создал учение о невосприимчивости (иммунитете) организма к заразным заболеваниям.

С.Н. Виноградский (1856-1953) — основоположник учения о роли микробов в плодородии почвы и в круговороте веществ. Виноградский и М.Бейеринк независимо друг от друга показали, что фиксацию молекулярного азота способны проводить только микроорганизмы, и

выделили свободноживущих и симбиотических азотфиксаторов.

Д.И. Ивановский (1864—1920) открыл вирус табачной мозаики, впервые обнаружив существование ультрамалых микроорганизмов-вирусов и поло-

жил начало науке по изучению фильтрующихся вирусов — вирусологии.

Академик А.А. Лебедев изобрёл электронный микроскоп, изучением генетики микроорганизмов занимались А.Н. Белозерский и А.С. Спирин, Н.Ф.

Гамалея (1859— 1949) впервые установил существование паразитов микробов

— бактериофагов, микробиологический путь получения аминокислот предложен Н.А. Красильниковым, витамина В12 с помощью метаногенных микрооргнанизмов – В.Н. Букиным и В.Я.Быховским.

Вопрос 3. Современная микробиология. Приборы изучения

микроорганизмов

В развитии современной микробиологии необходимо выделить следующие основные направления:

- фундаментальные исследования (выяснение путей метаболизма,

выделение, очистка ферментов, регуляция обмена веществ)

-систематика микроорганизмов (построение филогенетического древа)

-экологическая микробиология (роль микрорганизмов в природных экосистемах и пищевых цепях)

-популяционная микробиология (выяснение природы межклеточных контактов и взаимосвязь клеток в популяции)

-медицинская, ветеринарная и сельскохозяйственная микробиология

- техническая (промышленная) микробиология (включает все

практические аспекты).

Основными методами микробиологических исследований являются:

-микроскопия (световая, люминесцентная, лазерная, электронная)

-выделение чистых культур и контролизуемое культивирование

-аналитические методы (физико-биохимические, генетические,

молекуцлярно-биологические и т.д.)

Одним из основных приборов для изучения строения клетки микроорганизмов является световой микроскоп, дающий увеличение изображения примерно в 3000 раз. При помощи электронного микроскопа можно видеть тончайшие детали строения клетки и ее органоидов.

Электронный микроскоп способен увеличивать изображение объекта исследования в сотни тысяч раз. Исследователи научились изучать не только фиксированные, но и живые клетки. Для исследования отдельных органоидов используются мощные центрифуги, развивающие десятки тысяч оборотов в минуту. Возникающая при этом центробежная сила отделяет фракции органоидов в зависимости от их массы и плотности. На более низкой скорости отделяются ядра. В выделенных фракциях изучают не только их структуру и состав, но и процессы.

Вопросы для самоконтроля.

1.Что изучает микробиология?

2.Каковы задачи микробиологии пищевых производств?

3.Назовите объекты исследования пищевой микробиологии.

4.Каковы основные свойства микроорганизмов?

5.Какие периоды в развитии микробиологии Вам известны?

6.Охарактеризуйте морфологический период развития микробиологии.

7.Почему Антоний Ван Левенгук по праву считается основоположником микробиологии?

8.Какие открытия совершил Луи Пастер?