Программа курса «Микробиология» для студентов 3 курса биологического факультета МГУ
(А.И.Нетрусов)
Программа раскрывает основные разделы общей микробиологии, изучая которые студенты знакомятся с обширным и разнообразным миром микроорганизмов, особенностями строения микробных клеток, их физиологией, современным состоянием систематики прокариот, их распространением на Земле, участии в глобальных природных процессах, ролью в жизни и хозяйственной деятельности человека.
Основное внимание в курсе уделено прокариотическим организмам – археям и бактериям, на их примерах описаны уникальные, свойственные только прокариотам процессы: аноксигенный бактериальный фотосинтез, метаногенез, азотфиксация, денитрификация.
Большое внимание обращено на процессы, проводимые микроорганизмами в природе: формирование биосферы и атмосферы, участие в круговороте основных химических элементов – углерода, кислорода, азота, серы, а также роли микроорганизмов в утилизации вредных органических веществ антропогенного происхождения (ксенобиотиков). Рассмотрены различные аспекты взаимоотношений между микроорганизмами и макро- и микроорганизмами, даны представления о симбиозах и паразитизме, описаны примеры микробных сообществ. Рассмотрены отдельные аспекты санитарной микробиологии и принципы способов обнаружения санитарно-показательных микроорганизмов. Особое место уделено истории микробиологии и великим микробиологическим открытиям.
Значительный раздел курса посвящен взаимодействию микроорганизмов и человека. Рассмотрены вопросы микробного патогенеза, микроорганизмов-симбионтов человека и животных, роли прокариот в защите человека от патогенов, дается представление о пре-, про- и синбиотиках, их роли в восстановлении нормального функционирования кишечника.
Введение.
Микробиология как наука, основные разделы микробиологии, роль микроорганизмов в развитии патогенных процессов у растений, животных и человека, связь с другими науками. Объекты микробиологии, открытия в микробиологии, роль в природе. Важнейшие вехи в истории микробиологии. Значение работ А.Левенгука, Л.Пастера, Р.Коха, С.Н.Виноградского, Д.И.Ивановского, М.Бейеринка, А.Клюйвера, А.Флеминга. Описание и принципы работы микроскопов Левенгука, лабораторных опытов Пастера, спор о «самозарождении», «аппертизация», открытие спор. Роль микроорганизмов в возникновении эпидемий, значение работ Листера и Пастера в развитии иммунологии, выделение чистых культур патогенов и доказательства микробной этиологии оспы, чумы, туберкулеза. Работы И.И.Мечникова и теория фагоцитоза. Нобелевские премии в области микробиологии.
Мир микроорганизмов.
Классификация микроорганизмов. Прокариоты (археи и бактерии) и эукариоты (грибы, водоросли и простейшие). Филогенетическая классификация живых существ и принципы построения филогенетического дерева родства организмов на основе сравнения последовательностей нуклеиновых кислот, «молекулярные хронометры». Значение молекулярных методов в классификации микроорганизмов. Доказательства древнего происхождения микроорганизмов. Возникновение и развитие жизни на Земле, роль микроорганизмов в формировании биосферы и современной атмосферы. Перенос спор микроорганизмов на Землю из космоса.
Раздел 1. Формы клеток и движение микроорганизмов.
Морфология и организация клеток эу- и прокариот. Размеры и формы клеток прокариот, различия архей и бактерий. Основные структуры прокариотической клетки: нуклеоид, цитозоль, ЦПМ, клеточная стенка, включения (сера, волютин, газовые вакуоли), капсулы и слизи, чехлы. Различия грамположительных и грамотрицательных микроорганизмов, микроорганизмов без клеточных стенок и с «неправильной» клеточной стенкой (археи). Устройство генетического аппарата прокариот, плазмиды, обмен генетической информацией (конъюгация, трансформация и трансдукция). Деление клеток. Способы движения клеток, устройство жгутиков. Формирование покоящихся форм и эндоспор бактерий. Устойчивость спор.
Раздел 2. Физиология и метаболизм микроорганизмов.
Рост и развитие микроорганизмов. Отношение микроорганизмов к кислороду (аэробы и анаэробы), кислотности и температуре, солености, свету, давлению и другим физико-химическим факторам. Устойчивость к неблагоприятным условиям. Экстремальные микроорганизмы (температура, давление, соленость, кислотность, щелочность).
Энергетический метаболизм, различные способы получения энергии микроорганизмами (хемо-, фото-, органо-, лито-, гетеро- и автотрофия). Развитие способов получения энергии – от брожения, через анаэробное дыхание - к аэробному дыханию и фотосинтезу. Бродильный тип метаболизма, основные группы бродильщиков и осуществляемые ими процессы: спиртовое, молочнокислое, пропионовое, маслянокислое и др. брожения. Использование бродильщиков на практике. Анаэробные дыхания: сульфатное, нитратное, карбонатные, серное, железное. Микроорганизмы их вызывающие, роль в природных процессах и в хозяйственной деятельности человека.
Хемолитотрофы – нитрификаторы, тионовые, водородные, карбоксидобактерии, железобактерии. Открытие хемолитоавтотрофии С.Н.Виноградским. Роль в природных процессах. Окисление микроорганизмами метана, понятие о бактериальном газовом фильтре. Окисление метанола и других одноуглеродных соединений.
Фотосинтез микроорганизмов: основные группы фотосинтетиков (пурпурные, зеленые, цианобактерии, галоархеи, водоросли). Особенности аноксигенного фотосинтеза, общая формула фотосинтеза. Пути фиксации углерода фототрофами. Роль бактериального фотосинтеза в природе.
Азотфиксация – микроорганизмы, способные к этому процессу и их роль в глобальном цикле азота. Азотфиксация, не чувствительная к кислороду. Использование различных форм азота для конструктивных процессов.
Углеродный метаболизм микроорганизмов – использование микроорганизмами различных соединений углерода, органических и неорганических. Роль микроорганизмов в минерализации и детоксикации ксенобиотиков.