Контрольная работа по дисциплине «Микробиология»

Некоторые бактерии имеет в своем развитии ряд последовательных изменений, которые можно назвать циклом развития. Пример: молодая сенная палочка (bac.subtilis) несет много жгутиков, которые она перед деление сбрасывает и усиленно делится, образуя длинные цепочки палочек. Затем цепочки распадаются на отдельные клетки и каждая из них вновь размножается. После многократного размножения клетки переходят к спорообразованию. При благоприятных условиях спора прорастает и образуется подвижная палочка.

Половое размножение: у некоторых бактерий кроме размножения наблюдается половой процесс, но в самой примитивной форме. Половой процесс бактерий отличается от полового процесса эукариот тем, что у бактерий не образуются гаметы и не происходит слияния клеток. Однако главнейшее событие полового процесса, а именно обмен генетическим материалом, происходит и в этом случае. Этот называется генетической рекомбинацией. Часть ДНК (очень редко вся ДНК) клетки-донора переносится в клетку-реципиент, ДНК которой генетически отличается от ДНК донора. При этом перенесённая ДНК замещает часть ДНК реципиента. В процессе замещения ДНК участвуют ферменты, расщепляющие и вновь соединяющие цепи ДНК. При этом образуется ДНК, которая содержит гены обеих родительских клеток. Такую ДНК называют рекомбинантной. У потомства или рекомбинантов, наблюдается заметное разнообразие признаков, вызванное смещением генов. Такое разнообразие признаков очень важно для эволюции и является главным преимуществом полового процесса.

Известны 3 способа получения рекомбинантов: трансформация, конъюгация и трансдукция.

• При конъюгации клетка-донор в ходе непосредственного контакта (цитоплазматический мостик) передаёт клетке-реципиенту часть своего генома (в некоторых случаях весь). Участки ДНК донора могут обмениваться на гомологичные участки ДНК реципиента. Вероятность такого обмена значима только для бактерий одного вида.
• При трансформации бактериальная клетка поглощает и свободно находящуюся в среде ДНК, включая её в свой геном в случае высокой степени гомологии с собственной ДНК.
• При трансдукция в природных условиях протекает обмен генетической информацией при помощи умеренных фагов. Кроме этого, возможен перенос нехромосомных генов при помощи плазмид определённого типа, кодирующих этот процесс, процесс обмена другими плазмидами и передачи транспозон.

Контрольные вопросы:

1. Можно ли говорить о существовании многоклеточных структур у бактерий?

Подавляющее большинство видов бактерий существует в виде отдельных клеток, тогда как другие связываются вместе в характерные структуры, например, Neisseria формирует  диплококки (пары), стрептококки (Streptococcus) формируют цепочки, а стафилококки (Staphylococcus) группируются в "виноградные гроздья". Бактерии могут также формировать нити, например  Actinobacteria. Волокнистые бактерии часто окружает футляр, который содержит много индивидуальных клеток, определенные виды, такие как представители рода Nocardia, формируют комплексные, ветвящиеся нити, подобные мицелии грибов.

Бактерии часто прикрепляются к поверхностям и формируют плотные циновки, которые называются биофильмамы, биопленки или микробными пленками. Эти пленки могут иметь от нескольких микрометров до половины миллиметра в толщину и часто содержат много видов бактерий, протист и архей. Бактерии, живущие в биопленках, показывают сложную аранжировку клеточных и внеклеточных компонентов, формируя вторичные структуры, такие как микроколонии и сети каналов, через которые поставляются питательные вещества. В естественных условиях, таких как грунт или поверхности растений, большинство бактерий связаны с поверхностями в составе биопленок. Биопленки также важны в развитии хронических бактериальных инфекций и инфекций имплантированных медицинских устройств, поскольку бактерии, защищены в рамках этих структур, гораздо труднее убить, чем индивидуальные бактерии.

Даже сложные морфологические изменения иногда возможны. Например, при недостатке пищи миксобактерии координируют свое движение, образуя сложные плодовые тела, содержащие около 100 тыс. бактериальных клеток. В этих плодовых телах бактерии выполняют отдельные задания, это один из примеров простой многоклеточной организации. Часть клеток может погибнуть, чтобы дать остальным необходимые питательные вещества для окончания процесса. Из остальных части все же удается достичь некоторых частей плодовых тел, они дифференцируются в неактивные миксоспоры, устойчивы к высушиванию и других неблагоприятных природных условий, чем обычные клетки, и могут пережить голодные периоды.

Еще один тип многоклеточных структур существует в некоторых представителей типов  Cyanobacteria и Actinobacteria. В нитчатых цианобактерий описаны структуры в клеточной стенке, обеспечивающие контакт двух соседних клеток, - микроплазмодесмы. Показана возможность обмена между клетками веществом (красителем) и энергией (электрической составляющей трансмембранного потенциала). Некоторые из нитчатых цианобактерий содержат, помимо обычных вегетативных клеток, функционально дифференцированные:  акинеты и гетероцисты. Последние осуществляют  фиксацию азота и интенсивно обмениваются метаболитами с вегетативными клетками.

2. Чем отличаются клеточные стенки грамотрицательных и грамположительных бактерий?

Клеточные стенки грамположительных и грамотрицательных эубактерий резко различаются как по химическому составу, так и по ультраструктуре.

• Основную массу клеточной стенки грамположительных бактерий составляет специфический гетерополимер — пептидогликан муреин. Полисахаридный остов молекулы построен из чередующихся остатков N-ацетилглюкозамина и N-ацетилмурамовой кислоты, соединенных между собой с помощью гликозидных связей. Кроме пептидогликана в состав клеточных стенок грамположительных эубактерий входят тейхоевые кислоты и полисахариды. Тейхоевые кислоты представляют собой полимеры, построенные на основе многоатомных спиртов (рибита и глицерина), соединенных между собой фосфодиэфирными связями.
• У грамотрицательных эубактерий строение клеточной стенки намного сложнее, чем у грамположительных. В ее состав входит гораздо большее число макромолекул разного химического типа. Пептидогликан образует только внутренний слой клеточной стенки, неплотно прилегая к цитоплазматической мембране. Снаружи от пептидогликана располагается дополнительный слой клеточной стенки — наружная мембрана, которая состоит из фосфолипидов (типичных для элементарных мембран), белков, липопротеина и липополисахарида.

Эмпирически найденные различия между двумя группами бактерий в отношении окраски по Граму оказались коррелятивно связанными со многими другими важными признаками. Например, грамположительные бактерии размножаются бинарным делением за счет формирования поперечной перегородки в клетке, грамотрицательные — путем образования перетяжки. Первые чувствительны к пенициллину, вторые — нет. Грамотрицательные бактерии не образуют эндоспор, а некоторые грамм-положительные их образуют.

3. Почему структуры называются внутримембранными?

Одним из основных отличий клетки бактерий от клетки эукариот является отсутствие ядерной мембраны и, зачастую, отсутствие вообще мембран внутри цитоплазмы.

Внутренняя часть бактерии - цитоплазма - охватывается одной или двумя мембранами, которые отделяют ее от внешней среды. Внутренняя из этих мембран называется цитоплазматической мембраной. В случае двух мембран, вторая мембрана называется внешней, а пространство между мембранами -периплазматическое. Гомогенная фракция цитоплазмы, содержащая набор растворимых РНК, белков, продуктов и субстратов метаболических реакций, называется цитозолем или гиалоплазма. Другая часть цитоплазмы представлена ​​различными структурными элементами, которые включают хромосому, рибосомы, цитоскелет и другие, характерные для отдельных видов, НЕМЕМБРАННЫХ структуры, например, газовые везикулы.

4. Какой вид полового  размножения существует у бактерий?

Генетическая рекомбинацией. Часть ДНК (очень редко вся ДНК) клетки-донора переносится в клетку-реципиент, ДНК которой генетически отличается от ДНК донора. При этом перенесённая ДНК замещает часть ДНК реципиента. Известны 3 способа получения рекомбинантов: трансформация, конъюгация и трансдукция.

№2. Характеристика почвы как среды обитания.

Цель: составить характеристику почвы как трехфазной системы и среды обитания микроорганизмов.

На основе литературных данных заполнить таблицу:

Контрольные вопросы.

1. Какое свойство бактерий позволяет им эффективно использовать почвенный субстрат?

Адгезия (адсорбция, иммобилизация) микроорганизмов - прикрепление микробов к поверхности твердой фазы. Микроорганизмы располагаются на границе твердой и жидкой фазы почвы. Адсорбированное состояние обеспечивает микроорганизмам непосредственный контакт с питательным субстратом, предотвращает их вымывание, повышает устойчивость к неблагоприятным условиям среды.

2. Какой вид почвенной влаги используют микроорганизмы?

При очень тонких пленках и низкой активности воды можно предположить возможность развития микроорганизмов за счет метаболической воды, которая получается в результате окисления органического вещества внутри клеток: С6Н12О6 + 6О2 = 6СО2 + 6Н2О

При повышенной влажности две пленки соединяются вместе благодаря наличию двух близко расположенных поверхностей, и образуется капилляр, заполненный так называемой капиллярной водой, в которой и развиваются микроорганизмы. Чем тоньше капилляр, тем медленнее размножаются микроорганизмы, причем это положение относится к аэробным и к анаэробным микробам. Более крупные микроорганизмы (грибы) нуждаются для хорошего развития в наличии более толстых капилляров, чем более мелкие микроорганизмы (бактерии).

3. Каким образом  почвенная микрофлора влияет  на состав почвенного воздуха?

Газы и летучие органические соединения только частично поступают в почву извне и в основном образуются в самой почве, причем их источником могут быть микроорганизмы, растения и животные. Наибольшее разнообразие газообразных веществ в почве образуют микроорганизмы: углекислый газ, окислы азота, азот, аммиак, сероводород, водород, метан, этан, бутан, пропан, этилен, пропилен, бутен и еще ряд газообразных углеводородов. Они проводят превращения соединений металлов. Микробы проводят процессы как образования, так и разрушения органических соединений ртути. Почвенные микроорганизмы вызывают процесс метилирования и переводят малотоксичную металлическую ртуть в монометилированную и диметилированную ртуть CH3Hg+, (CH3)2Hg, которые отличаются высокой токсичностью. Образуются также диметилсульфид (CH3)2S, метил- меркаптан CH3SH, этилмеркаптан C2H5SH и др.

Все газы, которые микроорганизмы способны образовывать, они могут и изменять. Благодаря соседству и многократному повторению аэробных и анаэробных микрозон, достаточно плотному расположению микроорганизмов внутри и на поверхности почвенных агрегатов, а также сложности системы пор в почве, по которым движутся газы, почва представляет собой весьма совершенную ловушку для газов (исключение составляют макрогазы, например СО2, пары воды, которых очень много и которые интенсивно не используются микроорганизмами). Можно предположить, что только небольшой части микрогазов и летучих органических веществ удается вырваться наружу в атмосферу. Поверхность пор капилляров и агрегатов заселена микроорганизмами, которые могут весьма совершенно перехватывать диффундирующие, особенно энергонесущие газы.