Предметом учебной дисциплины Общая микробиология и вирусология является изучение морфологии, систематики, физиологии и особенностей метаболизма различных групп микроорганизмов — потенциальных объектов биотехнологии.
Дисциплина Общая микробиология и вирусология является одной из первых специальных дисциплин, которую изучают студенты специальности Биотехнология. Дисциплина Общая микробиология и вирусология является одной из важнейших в системе подготовки инженеров-биотехнологов, поскольку получение продуктов микробиологического синтеза базируется на жизнедеятельности микроорганизмов. На использовании микроорганизмов основаны методы генетической инженерии, которые позволяют получать новые штаммы с полезными свойствами.
Учебный курс Общая микробиология и вирусология базируется на знаниях, полученных студентами при изучении биологии клетки, биохимии, неорганической, органической, физической и коллоидной химии. Дисциплина «Общая микробиология и вирусология» является базовой для изучения следующих специальных дисциплин (Биотехнология, Промышленная микробиология, Биотехнология биологически активных соединений и лекарственных средств, Биоконверсия и др.).
Цель предмета Общая микробиология и вирусология — предоставить студентам знания об организации и жизнедеятельности микроорганизмов, их возможности при использовании в биотехнологии.
Раздел 2 (Общая микробиология и вирусология). Морфология и систематика микроорганизмов
Становление и развитие микробиологии. Общая характеристика микроорганизмов. Морфологический период развития микробиологии. Эколого-физиологический период развития микробиологии. Открытия Луи Пастера (участие микробов в биохимическом превращении веществ; брожения; анаэробиоза, проблема самозарождения жизни; микробы — возбудители заболеваний; атенуация микробов). Открытие Роберта Коха. Разработка методов исследований. Классификация живых организмов. Прокариоты и эукариоты. Свойства микроорганизмов (размер особи и соотношение между поверхностью и объемом; пластичность метаболизма; распространение микроорганизмов).
Морфология и химический состав клеток микроорганизмов. Бактерии (сферические бактерии, или кокки; цилиндрическая форма бактерий; бактерии спиральной формы; бактерии необычной формы; нитчатые формы бактерий). Микроскопические мицелиальные грибы (вегетативное тело; рост и размножение грибов). Дрожжи. Клеточная вода; элементный состав, органические соединения: белки, нуклеиновые кислоты, углеводы, липиды, пигменты. Физико-химические свойства бактериальной клетки (броуновськое движение, показатель преломления, плотность, вязкость, эластичность, электрический заряд, окислительно-восстановительный потенциал, гидрофобность и гидрофильность, неспецифическая агглютинация, адсорбция ионов, осмотическое давление, свечения).
Общая микробиология и вирусология. Строение микробной клетки. Клеточные стенки микроорганизмов. Поверхностные структуры клеточной стенки бактерий (жгутики и подвижность; фимбрии и пили; Таксина; капсула и слизистый слой). Строение и химический состав клеточных стенок прокариот (окраска по Граму; пептидогликаны; клеточная стенка грамположительных и грамотрицательных бактерий; действие лизоцима и пенициллина; внешние слои клеточных стенок грамотрицательных бактерий; функции внешней мембраны). Клеточные стенки эукариот (дрожжей и микромицетов).
Мембраны микробных клеток. Общие представления о химическом составе, строении мембран. Цитоплазматическая мембрана (мембранные белки; мембранные углеводы; липиды мембран). Структурные и функциональные особенности мембран прокариот и эукариот (мембранные образования грамотрицательных и грамположительных бактерий; мембраны и органеллы эукариот; эндоцитоз и симбиогенеза гипотеза).
Внутриклеточные структуры. Рибосомы. Вакуоли. Карбоксисомы. Магнитосомы. Запасные вещества (полисахариды, жироподобные вещества, полифосфаты, сера). Нуклеоидом.
Общая микробиология и вирусология. Рост микроорганизмов. Действие на микроорганизмы внешних факторов. Физические факторы (температура, влажность и осмотическое давление; гидростатическое давление; лучистая энергия; электричество; ультразвук). Химические факторы (концентрация ионов водорода; кислород и аэрация, окислительно-восстановительный потенциал среды, химические соединения). Гибель и уничтожение микроорганизмов. Методы стерилизации (влажный жар; сухой жар; фильтрация; облучение, химические средства). Методы консервирования (физические и химические методы).
Общая микробиология и вирусология. Питание микроорганизмов. Главные и минорные биоэлементы. Два основных механизма синтеза АТФ (фосфорилирование при переносе электронов и субстратное фосфорилирование). Типы питания (питательные вещества как источники энергии; питательные вещества как источника углерода и доноры электронов; росту и неростови субстраты; трансформация микроорганизмами смеси ростовых и неростових субстратов — миксотрофия, диауксия, кометаболизм, синтаболизм). Потребности микроорганизмов в факторах роста. Типы питательных сред для выращивания микроорганизмов. Элективные методы культивирования (накопительные и чистые культуры).
Общая микробиология и вирусология – Физиология роста. Определение роста (понятие «рост»). Размножение бактерий. Рост бактерий. Рост бактерий в бактериальной популяции. Методы определения концентрации бактерий и биомассы. Экспоненциальное рост и продолжительность генерации. Рост бактерий в периодической культуре. Параметры кривой роста. Рост в непрерывной культуре. Принципиальные различия между периодической и непрерывной культурами. Синхронные культуры.
Общая микробиология и вирусология – Систематика прокариот. Введение в систематике бактерий. Принципы классификации бактерий; терминология, которая используется в систематике (классификация; номенклатура; идентификация; таксон). Концепция вида в бактериологии. Исторические аспекты систематики бактерий.
Отдел Gracillicutes (грамотрицательные бактерии, имеющие клеточную стенку). Класс Scotobacteria (части № № 1 — 14). Класс Anoxyphotobacteria (часть № 15). Класс Oxyphotobacteria (часть № 16).
Отдел Firmicutes (грамположительные эубактерии, имеющие клеточную стенку). Класс Firmibacteria (части № № 17 — 19). Класс Thallobacteria (часть № 20).
Отдел Tenericutes (эубактерии, которые не имеют клеточной стенки). Класс Mollicutes (часть № 21). Характеристика микоплазм.
Отдел Mendosicutes (архебактерии). Характеристика 5-ти групп архебактерий согласно Руководства Берг по идентификации бактерий (1997 год) (метаногены; сульфатредуцирующих археи; экстремально галофильные аэробные архебактерии — галобактерии; не имеющие клеточной стенки; экстремальные термофилы и гипертермофилы,, которые метаболизируются S0)
Общая микробиология и вирусология – Грибы. Характеристика грибов. Развитие микологии, положение грибов среди живых организмов. Признаки грибов, общие с растениями и животными. Строение грибной клетки. Характеристика органелл грибной клетки. Вегетативное тело гриба. Ниже (фикомицетов) и выше (еумицеты) грибы. Видоизменения мицелиальной роста (хламидоспоры, тяжи, ризоморфы, склероции, апресории, гаустории, кольца). Явление диморфизма. Размножение грибов (вегетативное — фрагментация гифов, их почкования, образования хламидоспор; бесполое — посредством бесполых экзогенных (конидии) и эндогенных (спорангиоспоры) спор; половое — с помощью половых спор: ооспор, зигоспор, аскоспор, базидиоспор). Три фазы процесса (плазмогамия, кариогамия, мейоз).
Общая микробиология и вирусология – Систематика грибов. Систематика 70 — 80-х годов ХХ века (отдел Myxomycota; отдел Eumycota классы Chytridiomycetes, Oomycetes, Zygomycetes, Trichomycetes, Ascomycetes, Basidiomycetes, Deuteromycetes.
Общая микробиология и вирусология – Дрожжи. Основные этапы в исследовании дрожжей. Строение дрожжевой клетки. Размножение дрожжей (бесполое — почкования, деления, бесполыми хламиде-и бластоспоры; половое — эндогенными (аскоспоры) и экзогенными (споридии) спорами). Систематика дрожжей (систематика Крегер-ван Рая (1984), анализ 18Sта 23Sр РНК и филогенетическая классификация дрожжей Куртцман (2000), положение аспорогенных дрожжей среди АСКО-и базидиомицетив). Характеристика некоторых промышленных дрожжей. Дрожжи Saccharomyces промышленности (производство алкогольных напитков, производство этанола, пекарские дрожжи и получения биомассы и продукты, получаемые из дрожжей).
Общая микробиология и вирусология – Вирусы. Открытие вирусов. Этапы развития вирусологии. Хронология открытия вирусов. Формы существования и общая организация вирусов. Строение вирусов. Природа и происхождение вирусов. Классификация вирусов (критерии систематики вирусов, характеристика ДНК и РНК вмистних вирусов). Культивирование и репродукция вирусов (способы культивирования вирусов, стадии и фазы репродукции вирусов). Вирусы бактерий (классификация, форма и строение бактериофагов, свойства фагов, размножение вирулентного фага: литический цикл, развитие умеренных фагов: лизогения, получение и практическое использование фагов в биологии и медицине). Патогенные вирусы насекомых. Формы и виды вирусных инфекций у человека и животных. Отношение вирусов и плазмид к образованию опухолей (онкогенеза). Противовирусный иммунитет (наследственные факторы антивирусного, приобретенные факторы антивирусного иммунитета). Антивирусные вакцины. Химиотерапия вирусных инфекций.