История развития микробиологии

Микробиология.

1 вопрос:

Микробиология(от греч. micros . малый, bios . жизнь, logos . учение) -.наука, изучающая строение, жизнедеятельность и экологию микроорганизмов мельчайших форм жизни растительного или животного происхождения, не видимых невооруженным глазом.

История развития микробиологии

Микробиология зародилась задолго до нашей эры. В своем развитии она прошла несколько этапов обусловленных основными достижениями и открытиями.

Историю развития микробиологии: эвристический, морфологический, физиологический, иммунологический и молекулярно-генетический этапы.

Эвристический период (IV.III тысячелетие до н.э. .XVI в. н. э.) связан с логическими и методическими приемами нахождения истины. Мыслители того времени (Гиппократ ) высказывали предположения о природе заразных болезней, миазмах, мелких невидимых животных.

Д. Фракасторо был одним из основоположников эпидемиологии, т. е. науки о причинах, условиях и механизмах формирования заболеваний и способах их профилактики.

Однако доказательство существования невидимых возбудителей болезней стало возможным после изобретения микроскопа. Приоритет в открытии микроорганизмов принадлежит голландскому натуралисту-любителю Антонио Левенгуку (1б32. 1723). Торговец полотном А. Левенгук увлекался шлифованием стекол и довел это искусство до совершенства, сконструировав микроскоп, позволивший увеличивать рассматриваемые предметы в 300 раз.

Изучая под микроскопом различные объекты (дождевую воду, настои, зубной налет, кровь, испражнения, сперму), А. Левенгук наблюдал мельчайших животных, которых он назвал анималькулюсами. Свои наблюдения А. Левенгук регулярно сообщал в Лондонское королевское общество, а в1695 г. обобщил в книге «Тайны природы, открытые Антонием Левенгуком».

2.морфологический этап. (изобретение микроскопа А.Левенгуком). Самозарождения нет.

Это было сделано выдающимся французским ученым Луи Пастером (1822. 1895), который в опыте показал, что самозарождения не существует. Л. Пастер поместил стерильный бульон в колбу, сообщавшуюся с атмосферным воздухом через изогнутую S-образную трубку. В такой, по существу открытой, колбе бульон при длительном стоянии оставался прозрачным, потому что изогнутость трубки не давала возможности микроорганизмам проникнуть с пылью из воздуха в колбу.

Наконец, в 1892 г. русский ботаник Д.И.Ивановский (1864. 1920) открыл вирусы -- представителей царства vira. Эти живые существа проходили через фильтры, задерживающие бактерии, и поэтому были названы фильтрующимися вирусами. Вначале был открыт вирус, вызывающий заболевание табака, известное под названием «табачная мозаика», затем вирус ящура, желтой лихорадки и многие другие вирусы. Однако увидеть вирусные частицы стало возможным только после изобретения электронного микроскопа, так как в световые микроскопы вирусы не видны. К настоящему времени царство вирусов (vira) насчитывает до 1000 болезнетворных видов вирусов. Только за последнее время открыт ряд новых вирусов, в том числе вирус, вызывающий СПИД.

физиологический периодXIX в., особенно его вторую половину, принято называть физиологическим периодом в развитии микробиологии. Этот этап связан с именем Л. Пастера, который стал основоположником медицинской микробиологии, а также иммунологии биотехнологии. Л. Пастер сделал ряд "выдающихся открытий. За короткий период с 1857 по 1885 г. он доказал, что брожение (молочнокислое, спиртовое, уксуснокислое) не является химическим процессом, а его вызывают микроорганизмы; опроверг теорию самозарождения; открыл явление анаэробиоза, т.е. возможность жизни микроорганизмов в отсутствие кислорода; заложил основы дезинфекции, асептики и антисептики; открыл способ предохранения от инфекционных болезней с помощью вакцинации.

Многие открытия Л. Пастера принесли человечеству огромную практическую пользу. Путем прогревания (пастеризации) были побеждены болезни пива и вина, молочнокислых продуктов, вызываемые микроорганизмами; для предупреждения гнойных осложнений ран введена антисептика; на основе принципов Л. Пастера разработаны многие вакцины для борьбы с инфекционными болезнями.

Л. Пастер вывел микробиологию и иммунологию на принципиально новые позиции, показал роль микроорганизмов в жизни людей, экономике, промышленности, инфекционной патологии, заложил принципы, по которым развиваются микробиология й иммунология и в наше время.

Физиологический период в развитии Микробиологии связан также с именем немецкого ученого Роберта Коха, которому принадлежит разработка методов получения чистых культур бактерий, окраски бактерий при микроскопии, микрофотографии. Известна также сформулированная Р. Кохом триада Коха, которой до сих пор пользуются при установлении возбудителя болезни.

Работы Л. Пастера по вакцинации открыли новый этап в развитии микробиологии, по праву получивший название ''иммунологического».

Принцип аттенуации (ослабления) микроорганизмов с помощью пассажей через восприимчивое животное или при выдерживании микроорганизмов в неблагоприятных условиях (температура, высушивание) позволило Л. Пастеру получить вакцины против бешенства, сибирской язвы, куриной холеры; этот принцип до настоящего времени используется при приготовлении вакцин. Следовательно, Л. Пастер является основоположником научной иммунологии.

Таким образом, с 50-х годов в развитии микробиологии и иммунологии начался молекулярно-генетический период, который характеризуется рядом принципиально важных научных достижений и открытий. К ним относятся:

- расшифровка молекулярной структуры и молекулярно-биологической организации многих вирусов и бактерий; открытие простейших форм жизни . «инфекционного белка» приона;

- расшифровка химического строения и химический синтез некоторых антигенов. Например, химический синтез лизоцима [Села'Д., 1971], пептидов вируса СПИДа (Р.В.Петров, В. Т. Иванов и др.);

- расшифровка строения антител-иммуноглобулинов

- разработка метода культур животных и растительных клеток и их выращивания в промышленных масштабах с целью получения вирусных антигенов;

- получение рекомбинантных бактерий и рекомбинантных вирусов. Синтез отдельных генов вирусов и бактерий. Получение рекомбинантных штаммов бактерий и вирусов, сочетающих свойства родительских особей или приобретающих новые свойства;

- создание гибридом путем слияния иммунных В-лимфоцитов . продуцентов антител и раковых клеток с целью получения моноклональных антител

- открытие иммуномодуляторов . иммуноцитокинов (интерлей-кины, интерфероны, миелопептиды и др.) .

- получение вакцин (вакцина гепатита В, малярии, антигенов ВИЧ и других антигенов),

- разработка синтетических вакцин на основе природных или синтетических антигенов и их фрагментов, а также искусственного носителя . адъюванта (помощника) . стимулятора иммунитета;

- изучение врожденных и приобретенных иммунодефицитов, их роли в иммунопатологии и разработка иммунокорригиру-ющей терапии. Открытие вирусов, вызывающих иммунодефициты;

- разработка принципиально новых способов диагностики инфекционных и неинфекционных болезней (иммунофермент-ный, радиоиммунный анализы, иммуноблоттинг, гибридизация нуклеиновых кислот). Создание на основе этих способов тест-систем для индикации, идентификации микроорганизмов, диагностики инфекционных и неинфекционных болезней (опухоли, сердечно-сосудистые, аутоиммунные, эндокринные и др.), а также выявления нарушений при некоторых состояниях (беременность, переливание крови, пересадка органов и т.д.) Перечислены только наиболее крупные достижения молекулярно-генетического периода в развитии микробиологии и иммунологии. За это время был открыт ряд новых вирусов

(возбудители геморрагических лихорадок Ласса, Мачупо; вирус, вызывающий СПИД) и бактерий (возбудитель болезни легионеров); созданы новые вакцинные и другие профилактические препараты (вакцины против кори, полиомиелита, паротита, клещевого энцефалита, вирусного гепатита В, полианатоксины против столбняка, газовой гангрены и ботулизма и др.), новые диагностические препараты.

Микробиология изучает всех представителей микромира (бактерии, грибы, простейшие, вирусы). По своей сути микробиология является биологической фундаментальной наукой. Для изучения микроорганизмов она использует методы других наук, прежде всего физики, биологии, биоорганической химии, молекулярной биологии, генетики, цитологии, иммунологии. Как и всякая наука, микробиология подразделяется на общую и частную. Общая микробиология изучает закономерности строения и жизнедеятельности микроорганизмов на всех уровнях . молекулярном, клеточном, популяционном; генетику и взаимоотношения их с окружающей средой. Предметом изучения частной микробиологии являются отдельные представители микромира в зависимости от проявления и влияния их на окружающую среду, живую природу, в том числе человека. К частным разделам микробиологии относятся: медицинская, ветеринарная, сельскохозяйственная, техническая (раздел биотехнологии), морская, космическая микробиология.

Многочисленные открытия в области микробиологии, изучение взаимоотношений между макро- и микроорганизмами во второй половине XIX в. способствовали началу бурного развития иммунологии.

2 вопрос:

Водоросли авто- и гетеротрофы.

Водоросли обитают: в океанах, морях, реках, озерах, на почве, скалах, деревьях, в снегу и горячих источниках.

Роль водорослей в природе колоссальная. Они являются первопищей для многих организмов, в первую очередь ракообразных с фильтрационным типом питания. Рачков в свою очередь поедают рыбы. На долю водорослей приходится от 30 до 50% выделяемого растениями кислорода.

Способность водорослей адаптироваться к разнообразным условиям уникальна. Они живут в дождевой воде с минимальным количеством солей, в соленых и сверхсоленых водоемах, на высокогорных льдах и поверхности раскаленных скал. Водоросли обнаруживаются даже в верхних слоях почвы, куда едва проникает солнечный свет. Они первыми заселяют безжизненный субстрат скал и почв, создавая условия для дальнейшего развития плодородия почв.

Благодаря широкому распространению, водоросли играют важную роль в круговороте веществ в природе.

Многие виды водорослей (особенно красные и бурые) с давних пор используются человеком в пищу. Из водорослей получают агар-агар, альгинат натрия, некоторые кислоты, используемые во многих отраслях промышленности. Выброшенные на берег водоросли с давних пор используются в виде кормовых добавок в пищу сельскохозяйственным животным и птице, а после перегнивания – в качестве удобрения для растений.

Водоросли используются для получения из них метана.

Водоросли – это растения, обитающие в воде.

Эти водоросли легко переносят высыхание, промерзание и очень быстро оживают при малейшем увлажнении.

Некоторые водоросли обитают в качестве симбионтов внутри организма некоторых животных (простейших, кораллов, червей, моллюсков и др.).

Тело водорослей – слоевище или таллом – по своему строению значительно проще, чем у мхов, папоротников и других наземных растений, часто отсутствует дифференциация клеток на ткани. Споры – органы размножения водорослей, как правило, лишены твердой оболочки. Клеточная стенка водорослей состоит из целлюлозы, пектиновых веществ, кремнийорганических соединений (у диатомовых водорослей), альгина и фуцина (бурые водоросли). В качестве запасных веществ представлены крахмал, гликоген, полисахариды, липиды.

прокариотические и эукариотические водоросли. У прокариотов клетки не имеют ограниченного мембраной ядра. К ним относятся все бактерии и сине-зеленые водоросли (или же Cyanobacteria – цианобактерии). У эукариотов клетки содержат оформленное ядро.

Прокариотические водоросли (Procaryota):

1. Сине-зеленые (Cyanophyta);

2. Прокариотические (первичные) зеленые водоросли (Prochlorophyta).

Эукариотические водоросли (Eukaryota):

1. Эвгленовые (Euglenophyta);

Динофитовые (Dinophyta);

3. Криптофитовые (Cryptophyta);

4. Рафидофитовые (Raphidophyta);

Золотистые водоросли (Chrysophyta);

6. Диатомовые (Bacillariophyta);

7. Желтозеленые (Xanthophyta);

Красные водоросли (Rhodophyta);

9. Бурые водоросли (Phaeophyta);

10. Зеленые водоросли (Chlorophyta);

11. Харовые водоросли (Charophyta).

Синезеленые и прокариотические зеленые водоросли относят к прокариотам (т.е. к неядерным организмам), так как их клетки лишены оформленного ядра.

У Cyanophyta, в отличие от эукариот, нет оформленного ядра, что сближает их с другими прокариотами, основу клеточных стенок составляет гликопептид муреин, половой процесс или отсутствует, или протекает по типу коньюгации,

Жгутиковые формы имеют признаки, как растений, так и животных, что послужило поводом для объединения их всех в общую систематическую группу «жгутиковых организмов» и включения их в систему животного мира. В отличие от животных-жгутиконосцев, водоросли имеют хлорофилл и хроматофоры. Однако в темноте они могут утрачивать пигменты, становятся бесцветными и существуют за счет поглощения растворенных в воде органических веществ. Некоторые виды одноклеточных водорослей (из Dinophyta) способны, подобно простейшим, захватывать органические частицы.

Вопрос

Относится около 100 000 известных видов

Являются эукариотами, имеют в клетках ядро (одно или несколько), есть одноклеточные и многоклеточные организмы.

являются гетеротрофами, так как не имеют хлорофилла, в их клеточных стенках содержится хитин (как у животных), углеводы запасаются в виде гликогена, они способны образовывать мочевину

Признаки, характерные только для грибов:

основу вегетативного тела гриба составляет грибница, или мицелий она состоит из тонких ветвящихся трубчатых нитей, их называют гифами гифы состоят из многоядерных или одноядерных клеток

плотное переплетение гифов образует плодовое тело, в котором образуются споры

Грибы размножаются:

бесполым способом – участками мицелия и спорами

половым способом – в результате слияния специализированных половых клеток

Питание грибов:

поглощают питательные вещества, всасывая их всей поверхностью тела

по типу питания могут быть сапрофитами, паразитами, симбионтами и хищниками

Грибы живут недолго, но есть среди них и многолетние.

У шляпочных грибов долго живет мицелий.

У некоторых паразитических грибов (например, трутовик) долго живет и плодовое тело.

Роль в природе: Грибы имеют значение как пищевые продукты или продуценты лекарственных веществ. Они играют большую роль в круговороте веществ в природе. Обладая богатым ферментным аппаратом, грибы активно разлагают попадающие в почву останки животных и растений, способствуя образованию плодородного слоя почвы.

2,2 вопрос.

Обзор строения простейших

одноклеточными организмами, тело которых состоит из цитоплазмы и одного или нескольких ядер. Клетка простейшего — это самостоятельная особь она выполняет функции всего организма. Принято считать, что одноклеточные существа более примитивны, нежели многоклеточные.

Большинство представителей класса имеет микроскопические размеры — 3—150 мкм. Только наиболее крупные представители вида (раковинные корненожки) достигают 2—3 см в диаметре.

Известно около 100 000. видов простейших. Среда их обитания — вода, почва, организм хозяина (для паразитических форм).

Строение тела простейшего типично для эукариотической клетки. Имеются органеллы общего (митохондрии, рибосомы, клеточный центр, ЭПС и др.) и специального назначения ( ложноножки, или псевдоподии, жгутики, реснички, пищеварительные и сократительные вакуоли). Органоиды общего значения присущи всем эукариотическим клеткам.

Органоиды пищеварения — пищеварительные вакуоли с пищеварительными ферментами. Питание происходит путем пино- или фагоцитоза. Некоторые простейшие имеют хлоропласты и питаются за счет фотосинтеза.

Пресноводные простейшие имеют органы осморегуляции — сократительные вакуоли.

Большинство простейших имеет одно ядро, но есть представители с несколькими ядрами. Ядра некоторых простейших характеризуются полиплоидностью.

Цитоплазма неоднородна. Она подразделяется на более светлый и гомогенный наружный слой, или эктоплазму, и зернистый внутренний слой, или эндоплазму. Наружные покровы представлены либо цитоплазматической мембраной (у амебы), либо пелликулой (у эвглены). Фораминиферы и солнечники, обитатели моря, имеют минеральную, или органическую, раковину.

Особенности жизнедеятельности простейших

Подавляющее большинство простейших — гетеротрофы.

Дыхание, т. е. газообмен, происходит через всю поверхность клетки.

Раздражимость представлена таксисами (двигательными реакциями). Встречаются фототаксис, хемотаксис и др.

Размножение простейших

Бесполое — митозом ядра и делением клетки надвое (у амебы, эвглены, инфузории), а также путем шизогонии — многократного деления (у споровиков).

Половое — копуляция. Клетка простейшего становится функциональной гаметой; в результате слияния гамет образуется зигота.

Многие простейшие способны существовать в двух формах — трофозоита и цисты.

Для многих представителей типа Protozoa характерно наличие жизненного цикла, состоящего в закономерном чередовании жизненных форм. Как правило, происходит смена поколений с бесполым и половым размножением. Образование цисты не является частью закономерного жизненного цикла.

Роль в природе:

1. очищение водоемов от загрязнений (инфузории).

2. Простейшие служат пищей для малька рыб и другим водным обитателям.

3. осуществляя фотосинтез, уменьшают количество углекислого газа и увеличивают содержание кислорода в воде.

4. По количеству инфузорий и эвглен можно определять степень загрязненности воды. Большое количество эвглен говорит о том, что вода загрязнена органическими веществами. Амеба обыкновенная живет там, где мало органических веществ.

5. Раковины простейших (морские фораминиферы) участвуют в образовании мела и известняка.

6. Вызывание различных заболеваний у человека и животных.

7. Наиболее опасен малярийный плазмодий, вызывающий малярию. Он питается эритроцитами человека, разрушая их.

3 вопрос:

К надцарству прокариот относится три царства:

царство бактерий (эубактерий),

царство архебактерий,

царство цианобактерий (цианей, синезеленых водорослей).

К надцарству эукариот относится три царства:

царство растений,

царство животных

царство грибов.

Главное отличие

У прокариот нет ядра, кольцевая ДНК (кольцевая хромосома) расположена прямо в цитоплазме (этот участок цитоплазмы называется нуклеоид).

У эукариот есть оформленное ядро (наследственная информация [ДНК] отделена от цитоплазмы ядерной оболочкой).

Дополнительные отличия

1) Раз у прокариот нет ядра, то нет и митоза/мейоза. Бактерии размножаются делением надвое.

2) У прокариот из органоидов имеются только рибосомы (мелкие, 70S), а у эукариот кроме рибосом (крупных, 80S) имеется множество других органоидов: митохондрии, эндоплазматическая сеть, клеточный центр, и т.д.

3) Клетка прокариот гораздо меньше клетки эукариот: по диаметру в 10 раз, по объему – в 1000 раз.

4 вопрос: