Предмет и история

1. Лекция № 1

Предмет,
краткая
история
развития
микробиологии

2. Литература:

Основная:
• 1. Емцев В.Т., Мишустин Е.Н., Микробиология. – Дрофа, 2005, 2006,
2008, 2012.
• 2. Асонов Н.Р Микробиология - 4-е изд., перераб. и доп. - М.:
Колос, 2001. - 352 с.
• 3. А. И. Нетрусов, Е. А. Бонч-Осмоловская, В. М. Горленко и др.;
Под ред. А. И. Нетрусова, Экология микроорганизмов – 1-е изд. —
М.: Academia, 2004. – 266 (1) с.
• 4. Воробьев А.А., Кривошеин Ю.С., В.П. Широбоков. Медицинская и
санитарная микробиология – 4-е изд., стер. – М.: Академия, 2010. –
46, (1) с.
• 5. Борисова Л.Б., А.М. Смирнова. Медицинская микробиология,
вирусология, иммунология – М.: Медицина 1994 – 528 с.

3.

Дополнительная:
• 1. Гусев М.В., Минеева Л.А., Микробиология. — М.:
Academia, 2003, 2010. - 464 с., 461 с.
• 2. Шлегель Г. Г: Пер. Т.Г. Мирчинк История
микробиологии. М., Едиториал УРСС, 2002. – 304 с.
• 3. Кузнецов А. Е., Градова Н. Б. Научные основы
экобиотехнологии / Учебное пособие для студентов. –
М.: Мир, 2006. – 504с.: ил.
• 4. Известия АН России, Биологическая серия.
• 5. Журнал Микробиология.

4. План

1. Предмет, роль и значение
микробиологии.
2. Краткая история развития
и основоположники
микробиологии.

5.

1. Предмет, роль
и значение микробиологии

6. Микробиология

(греч.) micros - малый,
bios - жизнь,
logos – учение.
наука, изучающая морфологию,
физиологию, распространение,
специфическую активность
микроорганизмов, их роль и значение в
жизни животных, растений и человека, а
также факторы патогенности микробов,
механизмы их реализации на клеточном и
молекулярно-генетическом уровне

7.

Мир микроорганизмов многочислен и разнообразен. К ним относятся: простейшие,
микроскопические
водоросли,
микроскопические грибы, бактерии, вирусы. Они широко
распространены в природе: в почве, водоёмах,
воздухе, на продуктах питания и всех
предметах, окружающих человека, а также в
нём самом, на животных и растениях

8.

Микроорганизмы
выполняют большую
биохимическую работу.
Они разлагают
растительные и
животные остатки,
используются в
технологии
производства пищевых
продуктов, биологически
активных соединений
(витаминов,
антибиотиков), в генной
инженерии, а также в
различных отраслях
народного хозяйства

9.

Многие микроорганизмы наносят
большой ущерб народному хозяйству,
вызывая порчу продуктов
сельскохозяйственного и промышленного
производства
Среди микроорганизмов есть особая
группа – патогенные (болезнетворные)
микробы, которые вызывают
заболевания человека, животных и
растений

10.

МИКРОБИОЛОГИЯ
ОБЩАЯ
ОТРАСЛЕВАЯ
Общая микробиология
изучает строение и
жизнедеятельность
микроорганизмов, их
распространение в
природе, генетику,
вопросы систематики и
классификации.
Отраслевая
микробиология включает
ряд самостоятельных
дисциплин: медицинскую,
сельскохозяйственную,
ветеринарную, санитарную, техническую (промышленную),зооинженерную м/б и др.

11.

Медицинская
микробиология изучает
микроорганизмы,
вызывающие
заболевания человека,
разрабатывает методы
микробио-логической
диагностики,
профилактики и
лечения этих болезней.

12.

Ветеринарная микробиология изучает
возбудителей инфекционных болезней
животных, рыб, пчел, а также общих для
животных и человека (зооантропонозы).

13.

Санитарная
микробиология
изучает санитарномикробиологическое
состояние объектов
окружающей среды
(бактериальную
обсемененность
почвы, воды,
воздуха, продуктов
животного и
растительного
происхождения,
кормов и др.),
пищевых продуктов
и занимается
разработкой
санитарных
нормативов.

14.

Сельскохозяйственная микробиология
изучает роль микроорганизмов в формировании почвенных структур, повышении
плодородия почвы, создании бактериальных
удобрений, исследует фитопатогенные бактерии, вызывающие заболевания с/х культур
и разрабатывает меры борьбы с ними. Также
изучает методы консервирования растительных кормов (силосование, сенажирование).

15.

Техническая
(промышленная)
микробиология изучает
микроорганизмы с
целью использования в
различных отраслях
промышленности для
получения пищевых
продуктов, спирта,
ферментов,
аминокислот,
витаминов, кормового
белка и других
биологически-активных
веществ, а также
разрабатывает способы
предохранения
продуктов и сырья от
порчи
микроорганизмами.

16.

Курс зооинженерной микробиологии
изучает роль микроорганизмов в кормлении
животных (микрофлора желудочно – кишечного тракта), в патологическом процессе (возбудители инфекционных болезней), использование их при консервировании и хранении
растительных кормов (сено, силос, сенаж и др.),
использование продуктов микробного синтеза в
кормлении животных (белок, аминокислоты,
витамины, антибиотики и др.), микробиологию
продуктов животноводства (молока, мяса, яиц)
и др.

17.

В составе микробиологии в настоящее время
выделились самостоятельные дисциплины:
иммунология, вирусология, микология, риккетсиология,
микоплазматология и др.
Иммунология - изучает закономерности
проявления, механизмы и способы управления
иммунитетом, антигены и антитела, вопросы
аллергии, диагностики и специфической
профилактики инфекционных болезней.

18.

Вирусология - изучает вирусы
(внутриклеточные паразиты), их
природу, химический состав,
взаимоотношения с клеткой хозяина,
механизмы внутриклеточного
паразитизма.

19.

Микология - наука о грибах, являющихся
одноклеточными и многоклеточными
микроорганизмами растительного
происхождения, имеющие черты животной
клетки. Изучает их состав, свойства, а также
приносимый ими вред и пользу человеку.

20. Главные задачи современной микробиологии

- углубленное изучение молекулярной организации и метаболизма микроорганизмов;
- микробиологический синтез новых ценных
продуктов, кормов, лечебно-профилактических и диагностических препаратов;
- изучение влияния различных факторов на
жизнедеятельность микроорганизмов;
- изыскание специфических средств борьбы
с инфекционными болезными человека,
животных и растений.

21.

2. Краткая
история
развития и
основоположники
микробиологии

22. Основные этапы развития микробиологии

Историю развития микробиологии можно разделить на пять
этапов:
Эвристический - до изобретения микроскопов и их
применения для изучения микромира,
Морфологический - Левенгук в 1675 г. впервые описал
простейших, в 1683г. ― основные формы бактерий,
Физиологический - эпоха Луи Пастера и Роберта Коха,
Иммунологический - И.И.Мечников создал новую эпоху в
микробиологии ― учение о невосприимчивости
(иммунитете), разработав теорию фагоцитоза и обосновав
клеточную теорию иммунитета.
Молекулярно-генетический - с середины ХХ в.:широкое
использование молекулярных методов исследования. Этому
способствовали важнейшие открытия в области
молекулярной биологии и генетики.

23. Антони ван Левенгук (24.10.1623 – 26.08.1723)

Голландский исследователь,
который первый увидел и
описал микробов в конце 17
века. Сконструировал
простейший микроскоп,
увеличивавший в десятки, а
затем в сотни раз.
Он впервые описал
представителей основных
групп микроорганизмов:
одноклеточных организмов
бактерий и водорослей.

24.

В 1698 году Пётр 1,
находясь в Голландии,
посетил Левенгука и
привёз микроскоп в
Россию.
В 1716 году в России был
изготовлен первый
микроскоп.

25. Луи Пастер (27.12.1822 – 28.09.1895)

Французский учёный -установил, что
микроорганизмы
различаются
не
только по внешнему виду, но и по
характеру жизнедеятельности.
Он доказал, что происходящее в
виноградном соке спиртовое брожение
обусловлено
жизнедеятельностью
микроорганизмов – дрожжей. Выяснил,
что возбудителями «болезней» вина и
пива являются микробы и стал
нагревать их, чтобы предотвратить
порчу. Обнаружил анаэробную природу
некоторых микробов.
В 1881 г разработал технологию
приготовления
вакцины
против
сибирской язвы, затем против рожи
свиней и бешенства.

26. Роберт Кох (1843 - 1910)

Немецкий ученый . Ввел плотные
питательные среды , анилиновые
красители, иммерсионную систему,
конденсор Аббе,
микрофотографирование,
автоклавирование.
В 1876 г. установил этиологию
сибирской язвы.
В 1882 г. открыл возбудителей
туберкулеза (палочка Коха).
1883 г. - открыл возбудителей холеры,
получил из туберкулезных
микобактерий туберкулин.
Им разработан способ выделения в
чистой культуре патогенных бактерий.

27. Илья Ильич Мечников (1845 - 1916)

Наиболее популярными и важными являются
его исследования взаимодействия
молочнокислых и гнилостных бактерий.
Он создал фагоцитарную теорию
иммунитета, в основе которой лежит
способность макроорганизма противостоять
инородным телам, в том числе и
болезнетворным микробам.
Мечников и Пастер положили начало
изучению антагонизма микробов, что
послужили предпосылкой для открытия
антибиотиков.
Первая в России бактериологическая лаборатория была
организована Мечниковым в Одессе.
В 1908 г Мечников получил первую
Нобелевскую премию по иммунологии.

28. Данило Самойлович Самойлов (Сущинский) (1744 - 1805)

Доказал, что для
предупреждения чумы следует
вводить в организм ослабленное
заразное начало.
Правильность своего
предположения он доказал на
себе, привив в 1771 г
заразный материал, взятый
от человека,
выздоравливающего от
(бубонной формы) чумы.

29. Эдвард Дженнер (1749 - 1823)

Английский врач Эдвард
Дженнер в 1796 г
доказал, что прививка
людям возбудителя
коровьей оспы
предохраняет их от
заражения натуральной
оспой.

30. Сергей Николаевич Виноградский (1856-1953)

Основоположник почвенной
микробиологии.
В 1890 г он открыл нитрифицирующие
бактерии, а позднее азотфиксирующие.
Им доказано наличие у бактерий
хемосинтеза - процесса синтеза
органических веществ из углекислоты и
воды.
Он разработал оригинальный метод
выращивания микроорганизмов с
применением элективных
(избирательных) питательных сред.

31. Василий Леонидович Омелянский (1867- 1928)

Открыл возбудителей брожения клетчатки
и изучил вызываемые ими процессы.
Основные научные труды его посвящены
изучению физиологии и распространению
азотфиксирующих бактерий.
В 1909 г. был издан первый русский учебник
по микробиологии «Основы
микробиологии».
Позже первое «Практическое
руководство по микробиологии».

32. 3. Виды микроскопии, применяемые в микробиологии

33. 1. Световая микроскопия

• Световые микроскопы предназначены для
изучения микроорганизмов и других объектов
которые имеют размеры не менее 0,2 мкм.
• Для световой микроскопии биологических
объектов обычно окрашивают предварительно
фиксированные препараты
• Выпускаются студенческие, рабочие и
лабораторные микроскопы

34.

35.

36.

37.

• Механическая часть обеспечивает крепление и
движение оптической части микроскопа. Она
включает штатив, состоящий из основания и
тубусодержателя; тубус с револьвером для
объективов; предметный столик для препарата, а
также приспособления для крепления конденсора и
светофильтров. В штатив встроены механизмы
грубого (макровинт) и тонкого (микровинт)
перемещения предметного столика
• Оптическая часть микроскопа представлена
объективами, окулярами, конденсором и
осветительной системой.

38. Револьвер с объективами

Объектив - основной оптический
элемент микроскопа. Он «строит»
перевернутое изображение объекта
с определенным увеличением.
Затем это изображение
дополнительно увеличивается при
рассматривании его через окуляр,
который дает увеличенное мнимое
изображение.

39. Качество изображения, его четкость определяется разрешающей способностью микроскопа

• Разрешающая способность микроскопа –
возможность различать раздельно 2 близко
расположенные точки
• Предел разрешения – минимальное
расстояние, на котором эти 2 точки еще
видны раздельно. Зависит от длины волны
света осветителя и числовой апертуры
объектива.

40.

Различают полезное и бесполезное увеличение.
Полезное увеличение обычно равно числовой
апертуре объектива, увеличенной в 500-1000 раз.
Более высокое окулярное увеличение не выявляет
новых деталей и является бесполезным.

41.

В зависимости от среды, которая находится
между объективом и препаратом, различают
«сухие» объективы малого и большого увеличения
(от 2,5х до 100х) и иммерсионные с
максимальной апертурой и увеличением (90х100х).

42.

«Сухой» объектив –
объектив, между
фронтальной линзой
которого и
препаратом
находится воздух

43.

Иммерсионный объектив применяется
при внесении между исследуемым
объектом и фронтальной линзой
такого объектива прозрачной среды
(иммерсионной жидкости) с
показателем преломления таким же,
как у стекла (или близким к нему). Это
обеспечивает увеличение числовой
апертуры и разрешающей способности
объектива.
В качестве иммерсионной жидкости
для объективов водной иммерсии
используют дистиллированную воду, а
для объективов масляной иммерсии –
кедровое масло или специальное
синтетическое иммерсионное масло

44. Окуляры

Окуляры – обращенная к глазу
оптическая система, состоящая из
2 линз, предназначенная для
построения изображения объекта
на сетчатке глаза. Их вставляют в
зрительную трубку микроскопа
или его бинокулярной насадки.
Окуляры бывают нескольких
типов, каждый из которых
применяется с определенным
типом объектива, дополнительно
устраняя недостатки
изображения. Тип окуляра и его
увеличение обозначены на его
оправе.

45. Конденсор

Конденсор расположен
под предметным
столиком. Он
предназначен для
фокусирования на
препарате света от
осветителя. В
конденсоре имеется
апертурная диафрагма,
необходимая для
правильного освещения
препарата

46. При работе со световым микроскопом необходимо соблюдать следующие правила

1.
2.
3.
Микроскоп берут одной рукой за колонку штатива, а другой поддерживают за
основание. Брать и поднимать микроскоп за другие детали категорически
запрещается.
На рабочем столе микроскоп помещают колонкой к себе. Перед началом
работы следует осторожно удалить пыль с оптических частей микроскопа
мягкой сухой тканью, не касаясь пальцами линз.
С помощью револьверной насадки устанавливают нужный объектив.
Характерный щелчок фиксатора внутри револьвера свидетельствует о
центрированном положении объектива. Необходимо помнить, что чем меньше
увеличение объектива, тем больше фокусное расстояние. При работе с
объективом 8х расстояние между препаратом и объективом около 9 мм, с
объективом 40х оно составляет 0,6 мм, и с объективом 90х – около 0, 15 мм

47.

4. На предметный столик помещают предметное стекло и закрепляют его
клеммами.
5. Тубус микроскопа опускают вниз с помощью макрометрического винта
осторожно, наблюдая за объективом сбоку, и приближают к препарату (не
касаясь его) на расстояние, меньше рабочего. Затем, глядя в окуляр,
медленным вращением макровинта поднимают тубус до тех пор, пока в поле
зрения не появится изображение изучаемого предмета.
6. Вращением микрометрического винта фокусируют объектив таким
образом, чтобы изображение предмета было четким.
7. При работе с иммерсионным объективом на предметное стекло наносят
каплю кедрового масла и, глядя сбоку на объектив, макрометрическим
винтом осторожно опускают тубус так, чтобы фронтальная линза
объектива погрузилась в масло. Затем, глядя в окуляр, медленным
движением макровинта поднимают тубус до тех пор, пока не появится
изображение. Для точной фокусировки пользуются микрометрическим
винтом, который вращают в пределах одного оборота.

48.

ВНИМАНИЕ! Запрещается
искать изображение препарата
с помощью микрометрического
винта

49.

8. Препарат рассматривают в нескольких полях зрения,
передвигая предметный столик при помощи боковых винтов, или
перемещают его рукой на предметном столике. Находят
наиболее подходящее поле зрения на участке препарата, на
котором микроорганизмы видны отчетливо, в достаточном для
просмотра количестве и зарисовывают микроскопическую
картину.
9. При смене объективов следует регулировать интенсивность
освещения рассматриваемого объекта. Желаемую степень
освещения получают, опуская или поднимая конденсор.

50. Изображения, полученные с помощью светового микроскопа кафедры микробиологии и иммунологии РГАУ-МСХА им. К. А. Тимирязева.

Увеличение 1600
E.сoli из Большого
Академического пруда
Микрофлора ладони человека

51. 2. Фазово-контрастная микроскопия

• При микроскопии неокрашенных микроорганизмов,
отличающихся от окружающей среды только по показателю
преломления, изменения интенсивности света не происходит,
а изменяется только фаза прошедших световых волн. Для
изучения таких объектов используют фазово-контрастную
микроскопию
• Фазово-контрастная микроскопия основана на
преобразовании невидимых фазовых изменений, вносимых
объектов, в амплитудные, различимые глазом

52.

Фазово-контрастное устройство может быть
установлено на любом световом микроскопе и состоит
из:
1) набора объективов со специальными фазовыми
пластинками;
2) фазово-контрастного конденсора с
поворачивающимся диском, в котором установлены
кольцевые диафрагмы, соответствующие фазовым
пластинкам в каждом из объективов;
3) вспомогательного микроскопа

53.

• Благодаря применению этого способа микроскопии
контраст живых неокрашенных микроорганизмов
резко увеличивается и они выглядят темными на
светлом фоне (позитивный фазовый контраст) или
светлыми на темном фоне (негативный фазовый
контраст).
• Фазово-контрастная микроскопия применяется
также для изучения клеток культуры ткани,
наблюдения действия различных вирусов на клетки и
т.п.
• За изобретение фазово-контрастной микроскопии
голландский физик Цернике был удостоен
Нобелевской премии в 1953 г.

54.

55. 3. Темнопольная микроскопия

• Применяется для наблюдения неокрашенных
объектов, в частности микробов, которые в
живом состоянии слабо контрастны и не
выделяются в светлом поле.
• Основана на способности микроорганизмов
сильно рассеивать свет

56.

• Для темнопольной микроскопии пользуются обычными
объективами и специальными темнопольными конденсорами,
центральная часть которых затемнена и прямые лучи от
осветителя в объектив микроскопа не попадают. Объект
освещается косыми боковыми лучами, и в объектив
микроскопа попадают только лучи, рассеянные частицами,
находящимися в препарате.
• Чтобы в объектив не попадали прямые лучи от осветителя
апертура объектива должна быть меньше, чем апертура
конденсора. Для уменьшения апертуры в обычный объектив
помещают диафрагму или пользуются специальными
объективыми, снабженными ирисовой диафрагмой.

57.

• При темнопольной микроскопии
микроорганизмы выглядят ярко светящимися
на черном фоне. При этом могут быть
обнаружены мельчайшие микроорганизмы,
размеры которых лежат за пределами
разрешающей способности микроскопа.
• С помощью темнопольной микроскопии
изучают препараты типа «раздавленная
капля»

58.

59. 4. Люминесцентная (флюоресцентная) микроскопия

• Основана на способности некоторых веществ
светиться при освещении невидимым
ультрафиолетовым или синим светом.
• Цвет люминесценции смещен в
длинноволновую часть спектра по сравнению с
возбуждающим ее светом.

60.

• В осветителе люминесцентного микроскопа
используется мощный источник света (ртутнокварцевая лампа сверхвысокого давления или
галогенная кварцевая лампа), излучающий
преимущественно в коротковолновой
(ультрафиолетовой) части спектра.
• Используется система светофильтров:
возбуждающие светофильтры пропускают только ту
часть спектра, которая возбуждает люминесценцию;
теплозащитный светофильтр защищает от
перегрева другие светофильтры, препарат и оптику
люминесцентного микроскопа.

61.

• Поскольку большинство микроорганизмов обладает слабой
собственной люминесценцией, существует несколько способов
их обработки для наблюдения в люминесцентном микроскопе.
• Прежде всего, это флюорохромирование – окрашивание сильно
разведенными растворами флюоресцирующих красителей.
Этот метод используется для бактериоскопического
исследования возбудителей инфекций: туберкулеза, дифтерии,
включений в клетках, образуемых некоторыми вирусами.
• Люминесцентная микроскопия применяется также для
цитохимического изучения живых и фиксированных
микроорганизмов.

62.

63. 5. Электронная микроскопия

• В электронном микроскопе вместо света для
построения изображения используют поток
электронов в глубоком вакууме. В качестве «линз»,
фокусирующих электроны, служит
электромагнитное поле, создаваемое
электромагнитными катушками. Изображение в
электронном микроскопе наблюдают на
флюоресцирующем экране и фотографируют.

64.

• Различают просвечивающие, отражающие,
эмиссионные, сканирующие, теневые и зеркальными
электронные микроскопы.
• Объекты при электронной микроскопии находятся в
глубоком вакууме, поэтому подвергаются фиксации и
специальной обработке. Кроме того, они должны
быть очень тонкими, т.к. поток электронов сильно
поглощается объектом. В связи с этим в качестве
объектов используют ультратонкие срезы,
помещенные на тончайшие пленки.
• Разрешающая способность электронных микроскопов
значительно выше световых.

65. Просвечивающая электронная микроскопия

• Применяется для изучения ультратонких срезов микробов,
тканей, а также строения мелких объектов (вирусов, жгутиков,
мембран), контрастированных фосфорно-вольфрамовой кислотой,
уранилацетатом, напылением металлов в вакууме и т.д.
• Для получения ультратонких срезов объекты фиксируют
четырехокисью осмия или глютаральдегидом, обезвоживают
проводкой через спирты с возрастающей концентрацией и
заливают в эпоксидные смолы, или др. полимеры, с последующей
полимеризацией. Полимеризованные «блоки» режут на
ультрамикротоме с помощью стеклянных или алмазных ножей, в
результате чего получают ультратонкие срезы объекта,
наносимые для подложки, прозрачные для электронов.

66.

67. Сканирующая электронная микроскопия

• Применяется для изучения поверхности
объектов

68.

69. Фотографии поверхности металлов, полученные с помощью сканирующего электронного микроскопа на химфаке МГУ

алюминий
вольфрам

70. Спасибо за внимание