!	Это архивная версия сайта кафедры биофизики от 2020 года. Актуальный сайт доступен по адресу https://www.biophys.msu.ru/.

Учебные дисциплины

Микробиология

Программа

Предмет и задачи микробиологии, ее место и роль в современной биологии. Значение микроорганизмов в природных процессах, в народном хозяйстве и здравоохранении.

ВОЗНИКНОВЕНИЕ И РАЗВИТИЕ МИКРОБИОЛОГИИ

Открытие микроорганизмов А. ван Левенгуком. Роль Л. Пастера в формировании микробиологии. Значение работ Р. Коха, С.Н.Виноградского, Д.И.Ивановского, М.Бейеринка, А.Клюйвера, А.Флеминга.

Развитие отечественной микробиологии. Главные направления развития современной микробиологии. Основные методы микробиологических исследований.

СИСТЕМАТИКА МИКРООРГАНИЗМОВ

Мир микроорганизмов,, общие признаки и разнообразие. Прокариотные и эукариотные микроорганизмы; сходство и основные различия. Вирусы, отличия от клеточных форм жизни. Принципы классификаци прокариотных микроорганизмов. Правила номенклатуры и идентификации.

Прокариоты. Характеристика отдельных групп бактерий и архей. Эукариоты. Краткая характеристика грибов, водорослей, простейших.

МОРФОЛОГИЯ, СТРОЕНИЕ И РАЗВИТИЕ

Микроскопические методы изучения микроорганизмов. Разновидности световой микроскопии. Исследования живых и фиксированных объектов.

Использование электронной микроскопии.

Прокариотные микроорганизмы. Одноклеточные бактерии, размеры и морфология. Многоклеточные формы бактерий. Строение, химический состав и функции отдельных компонентов клеток. Слизистые слои, капсулы и чехлы. Клеточные стенки Грам-положительных и Грам-отрицательных бактерий; L-формы и микоплазмы.

Жгутики, расположение, организация, механизм движения.

Движения скользящих форм. Реакции таксиса. Пили, их значение.

Клеточная мембрана и внутриклеточные мембранные структуры. Ядерный аппарат, состав, организация и репликация. Рибосомы. Газовые вакуоли и другие органеллы бактерий; их значение. Запасные вещества и другие внутриклеточные включения.

Способы размножения. Дифференцировка. Эндоспоры и другие покоящиеся формы.

Особенности состава и организации архебактерий. Эукариоты. Морфология дрожжей, мицелиальных грибов, микроформ водорослей, простейших. Химический состав и функции отдельных компонентов клетки. Циклы развития и размножение.

КУЛЬТИВИРОВАНИЕ И РОСТ

Культивирование. Накопительные культуры и принцип элективности. Чистые культуры микроорганизмов. Методы получения и значение. Основные типы сред, используемые для культивирования микроорганизмов (по составу и физическому состоянию). Культивирование аэробных и анаэробных микроорганизмов, метод Хангейта. Поверхностное и глубинное выращивание.

Рост микроорганизмов. Рост отдельных микроорганизмов и популяций (культур). Сбалансированный и несбалансированный рост. Возможные причины несбалансированного роста.

Основные параметры роста культур: время генерации, удельная скорость роста, выход биомассы, экономический коэффициент.

Закономерности роста чистых культур при периодическом выращивании. Кривая роста, особенности отдельных фаз. Рост микроорганизмов при непрерывном культивировании.

Математическое выражение роста культур в непрерывных условиях. Значения непрерывного культивирования для изучения свойств микроорганизмов и для их практического использования. Синхронные культуры, способы получения и значение.

ДЕЙСТВИЕ ФИЗИЧЕСКИХ И ХИМИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ

Радиация, характер ее действия на микроорганизмы. Устойчивость микроорганизмов к ультрафиолетовым лучам и ионизирующему излучению. Фотореактивация.

Рост микроорганизмов в зависимости от температуры. Психрофилы, мезофилы и термофилы. Использование высоких температур для стерилизации. Действие низких температур на выживание микроорганизмов. Влияние гидростатического давления.

Рост микроорганизмов в зависимости от активности воды (a_w). Устойчивость микроорганизмов к высушиванию. Лиофилизация. Осмотическое давление. Особенности осмофилов. Галофилы. Способы осморегуляции у разных микроорганизмов.

Отношение микроорганизмов к молекулярному кислороду: аэробы и анаэробы (облигатные и факультативные); аэротолерантные анаэробы и микроаэрофилы. Возможные причины ингибирующего действия молекулярного кислорода на микроорганизмы. Значение рН среды для роста микроорганизмов. Ацидофилы, нейтрофилы и алкалофилы.

Понятие "питательные и антимикробные вещества". Природа антимикробных веществ и области их применения. Антибиотики. Мутагены, механизмы устойчивости.

ПИТАНИЕ

Основные биоэлементы и микроэлементы. Типы питания микроорганизмов. Фототрофия и хемотрофия, автотрофия и гетеротрофия; литотрофия и органотрофия. Сапрофиты и паразиты. Прототрофы и ауксотрофы. Ростовые вещества.

Поглощение разных веществ клетками. Диффузия и транспорт. Использование микроорганизмами высокомолекулярных соединений и веществ, нерастворимых в воде. Эндо- и экзоцитоз у эукариот.

Соединения углерода и азота, используемые микроорганизмами. Азотфиксация. Способность микроорганизмов использовать разные соединения серы и фосфора. Потребность в железе, магнии и других элементах.

МЕТАБОЛИЗМ

Энергетические процессы

Способы обеспечения энергией. Фотосинтез и хемосинтез. Экзогенные и эндогенные окисляемые субстраты. Переносчики электронов и электронтранспортные системы; их особенности у разных микроорганизмов. Роль АТФ и способы ее образования.

Брожения. Определение понятия "брожение". Пути сбраживания углеводов и других органических соединений. Молочнокислое гомо- и гетероферментативное брожение, пропионовокислое, маслянокислое, ацетонобутиловое, спиртовое и другие брожения. Характеристика микроорганизмов, вызывающих разные брожения.

Аэробное дыхание. Формы участия молекулярного кислорода в окислении разных субстратов. Полное и неполное окисление. Роль цикла трикарбоновых кислот и пентозофосфатного окислительного цикла в метаболизме органических соединений.

Краткая характеристика важнейших микроорганизмов, участвующих в аэробном окислении белков (аммонификация), углеводов, углеводородов и других многоуглеродных веществ.

Микроорганизмы (метилотрофы), окисляющие метан, метанол и другие одноуглеродные соединения. Светящиеся бактерии; механизм свечения.

Окисление неорганических соединений. Группы хемолитотрофных бактерий и осуществляемые ими процессы.

Анаэробное дыхание. Определение понятия "анаэробное дыхание". Доноры и акцепторы электронов, используемые разными микроорганизмами при анаэробном дыхании. Микроорганизмы, восстанавливающие нитраты и другие соединения азота. Диссимиляционная нитратредукция и денитрификация.

Сульфатвосстанавливающие и серувосстанавливающие бактерии. Диссимиляционная сульфатредукция.

Метанообразующие бактерии; их особенности. Образование метана из углекислоты и других соединений. Ацетогенные бактерии, использующие углекислоту как акцептор электронов. Путь Вуда-Льюнгдела синтеза ацетата.

Использование световой энергии (фотосинтез). Фототрофные прокариотные и эукариотные микроорганизмы. Состав, организация и функции их фотосинтезирующего аппарата. Фотосинтез с выделением и без выделения молекулярного кислорода. Использование световой энергии галобактериями.

Биосинтетические процессы

Ассимиляция углекислоты автотрофами и гетеротрофами. Рибулозобисфосфатный цикл и другие пути усвоения углекислоты автотрофами. Ассимиляция формальдегида метилотрофами. Использование С) и других органических веществ. Значение цикла трикарбоновых кислот и глиоксилатного шунта в биосинтетических процессах.

Усвоение соединений азота. Ассимиляционная нитратредукция. Фиксация молекулярного азота. Свободноживущие и симбиотические азотфиксаторы. Пути ассимиляции аммония. Ассимиляционная сульфатредукция.

Синтез основных биополимеров: нуклеиновых кислот, белков, липидов, углеводов. Биосинтез порфириновых соединений и других важнейших компонентов клеток (общее представление). Вторичные метаболиты.

Регуляция метаболизма

Биохимические основы и уровни регуляции метаболизма. Регуляция синтеза ферментов. Конститутивные и индуцибельные ферменты. Индукция и репрессия. Катаболитная репрессия.

Регуляция активности ферментов. Аллостерические ферменты и эффекторы. Ковалентная модификация ферментов. Аденилатный контроль и энергетический заряд клетки.

НАСЛЕДСТВЕННОСТЬ И ИЗМЕНЧИВОСТЬ

Наследственная и ненаследственная изменчивость. Мутационная природа изменчивости. Частота мутантов и типы мутаций. Спонтанный и индуцированный (радиационный и химический) мутагенезы. Популяционная изменчивость. Селекция различных мутантов. Применение мутантов микроорганизмов в научных исследованиях и в практических целях.

Рекомбинация у прокариот: трансформация, трансдукция, конюгация.

Рекомбинация и генетический анализ у фагов. Плазмиды. Понятие о транспозонах. Использование вирусов и плазмид в генетической инженерии.

Рекомбинация у эукариот. Половой и парасексуальный процессы. Цитоплазматическая наследственность.

МИКРООРГАНИЗМЫ В ПРИРОДЕ

(природоведческая микробиология)

Участие микроорганизмов в биогеохимических циклах. Взаимосвязь циклов. Роль физиологических групп микроорганизмов в катализе этапов циклов. Ведущая роль цикла углерода. Продукция и деструкция в цикле органического углерода. Связь с циклом неорганического углерода. Связь с циклом кислорода. Цикл азота и специфические группы организмов, участвующие в нем. Цикл серы: серобактерии и сульфидогены. Цикл железа. Самоочищение водотоков. Очистные сооружения и микробные сообщества в них. Морская микробиология.

Сообщества микроорганизмов. Трофические связи в сообществах. Анаэробное сообщество как модель трофических связей. Межвидовой перенос водорода. Синтрофия. Первичные анаэробы. Вторичные анаэробы.

Экология микроорганизмов.

Формирование состава атмосферы. Парниковые газы. Метаногенез. Бактериальный газовый фильтр.

Водная микробиология. Озеро как модель водной экосистемы. Циклы веществ в водоемах.

Геологическая микробиология. Роль микроорганизмов в выщелачивании пород и формировании коры выветривания. Роль

микроорганизмов в формировании состава природных вод. Цикл кальция и карбонатов. Рудообразование.

Почвенная микробиология. Структура почвы и характерные условия обитания микроорганизмов в почве. Влажность и почвенный воздух. Связь микроорганизмов с растениями. Ризосфера. Роль мицелиальных организмов в почве. Микориза. Гумусообразование. Роль микроорганизмов в формированиии характерных типов почв. Самоочищение почвы.

Палеобактериология и эволющия биосферы в докембрии. Реликтовые сообщества. Филогения микроорганизмов, основанная на изучении последовательностей 16S рРНК. Симбиогенез.

МИКРООРГАНИЗМЫ В НАРОДНОМ ХОЗЯЙСТВЕ И МЕДИЦИНЕ

Использование микроорганизмов для получения пищевых и кормовых продуктов, химических реактивов и лекарственных препаратов. Применение в сельском хозяйстве, при выщелачивании металлов из руд, очистке стоков и получении топлив.

 

ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ

Цель практикума - познакомить студентов с техникой микробиологических исследований:

• оптической микроскопией (светопольной, фазовоконтрастной и темнопольной) для анализа материала, содержащего микроорганизмы;
• фиксацией и окраской препаратов микроорганизмов и клеточных структур;
• методами приготовления и стерилизации сред для микроорганизмов и современными способами их культивирования;
• методами выделения микроорганизмов из различных субстратов и определение их численности;
• правилами работы с чистыми культурами и основными принципами идентификации микроорганизмов.

Практикум для студентов, специализирующихся в области микробиологии, включает дополнительно разделы "метаболизм микроорганизмов" и "генетика микроорганизмов".

ЛИТЕРАТУРА

основная

• Гусев М.В., Минеева Л.А. Микробиология. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1992.376с.
• Стейниер Р., Эдельберг Э., Ингрэм Дж. Мир микробов. М.: Мир, 1979. Т. 1-3.
• Шлегель Г. Общая микробиология. М.: Мир, 1987. 563с.

дополнительная

• Громов Б.Д., Павленко Г.В. Экология бактерий. Л.: Изд-во Лен. ун-та, 1989.246с.
• Жизнь микробов в экстремальных условиях. М.: Мир, 1982. 520с.
• Кондратьева Е.Н. Автотрофные прокариоты. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1996.302с.
• Метаболизм микроорганизмов. Под ред. Н.С.Егорова. М.: Изд-во Моск.ун-та, 1986.256с.
• Методы общей бактериологии. Под ред. Ф.Герхарда. М.: Мир, 1984. Т. 1-3.
• Перт С.Дж. Основы культивирования микроорганизмов и клеток. М.: Мир, 1978.331с.
• Промышленная микробиология. Под ред. Н.С.Егорова. М.: Высш.шк, 1989.686с.
• Руководство к практическим занятиям по микробиологии. Под ред. Н.С.Егорова. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1995. 224 с.

Составители: проф. Е.Н.Кондратьева, проф. А.И.Нетрусов, проф. Г.А.Заварзин

Источник

!	Внимание! На сайте приведена приблизительная программа курса. Используйте этот материал при подготовке к экзаменам только по согласованию с преподавателем!