Введение в микробиологию. Терминология и общая характеристика прокариот

1. Микробиология

Самойлов А.М., кафедра физиологии,
биохимии растений и
микроорганизмов
Шлахтер М.Л.
Харьков – 2017 г.

2. Темы лекций

Обзор курса. Введение в микробиологию. Терминология и
общая характеристика прокариот.
Базовые принципы и понятия микробиологии. Морфология и
план строения прокариот.
Клеточная биология прокариот и археот.
Биоразнообразие прокариот. Археи: метаногены, галлофилы,
термоацидоэкстремофилы.
Биоразнообразие прокариот. Археи. Микоплазмы. Хламидии.
Риккетсии. Актинобактерии. Миксобактерии.
Биоразнообразие прокариот. Фототрофы и хемотрофы. Аспекты
наследственности и изменчивости прокариот.
Метаболизм прокариот. Разнообразие типов питания. Брожение,
дыхание.
Экология микроорганизмов. Прикладные аспекты
микробиологии. Азотфиксирующие симбиозы.
Аспекты наследственности и изменчивости прокариот.

3. Темы практических занятий

История развития микробиологии
Место микроорганизмов в мегасистеме
живых организмов
Рост и развитие популяций бактерий.
Жизненные циклы
Взаимодействие между микроорганизмами
Участие прокариот в круговороте веществ в
природе

4. Как не запутаться?

Кто такие «микроорганизм», «микроб»,
«прокариот» и «бактерия»?
• Микробиология = биология прокариот («бактериология» +
«археотология»)

5.

Филогенетическое дерево клеточной жизни

6.

Предмет
Почему и
зачем?
Экология
Ботаника
Зоология
Объект
Кто и что?
Микология
Протобиология
Морфология, анатомия и др.
Цитология и гистология
Генетика
Биохимия
Молекулярная биология
Эволюция
Предмет
Как?
Методы
Микробиология
Вирусология
Место микробиологии в системе современных наук о жизни

7. Бактерии и человек: «вред и польза – грань тонка»?

8. Вирусы и человек: «вред и польза – грань тонка»?

9.

Менингиты
Бактериальные инфекции
Инфекции глаз
Синуситы
Отиты
ЛОР-заболевания
Пневмонии
Гастрит
Токсикоинфекции
Кожные инфекции
Венерические инфекции
Инфекции
мочевыделительной системы

10. «Меню от бактерий»

11.

Прикладные аспекты

12. Направления микробиологии

• Водная, почвенная микробиология
• Экология бактерий и археот
• Геомикробиология и биоремедиация (роль
микроорганизмов в биологических процессах,
использование микроорганизмов для очистки чего
либо)
• Сельскохозяйственная микробиология и
фитопатология
• Ветеринарная микробиология
• Экзомикробиология и космическая микробиология
• Палеомикробиология
• «Виртуальная» микробиология как часть
биоинформатики

13. Роль бактерий в природе

• Занимают все возможные экониши
• Обеспечивают круговороты веществ –
углерода, серы, азота, железа, фосфора
• Выветривание, почвообразование и создание
гумуса
• Самоочищение и минерализация
• Формирование осадочных и горных пород
• Симбионты растений, животных, простейших
• Цветение воды
• Неведомые экосистемы («иная биосфера»)

14. Прикладные аспекты

Очистка сточных вод
Биоремедиация
Биологическая борьба
Биологическое оружие
Биотерроризм
Порча продуктов питания
Рекомбинантные и генноинженерные
биотехнологии

15. Сравнение Прокариот и Эукариот

Признак
Типичные размеры
Наследственная
информация
Гистоны
(нуклеосомы)
Хромосомы
Горизонтал. перенос генов
РНК-полимераза
мРНК
Инициаторная тРНК
Рибосомы
Липиды мембран
ICM
Прокариоты
Эукариоты
0,3-0,6 // 0,5-3 мкм
5-50 мкм
Нуклеоид
эписомы
Ядро
̶
(есть у Архей)
+
Кольцевые или линейные
Линеные
+
Не характерен
1 тип
3 типа
Нестабильна
Стабильная
Кэп, поли-(А)-хвост
Формилметиониновая
Метиониновая
70S (30S+50S)
16S; 23S; 5S рРНК
Отсутствуют стероиды*
Гопаноиды, сквален*
80S (40S+60S)
18S; 28S; 5.8S рРНК
Есть у отдельных групп
У всех представителей
Стероиды

16. Сравнение Прокариот и Эукариот

Признак
Прокариоты
Эукариоты
̶
+
Органеллы
Цитоскелет
Редко мембранные
+
Мембран. обязательные
+
Вакуоли
Единичные случаи
У всех
Муреин (пептидогликан)
Целлюлоза, хитин
+
̶
Есть?
̶
Есть
+
̶
Флагеллин
Микротрубочки
Бинарное
Митоз. Мейоз
Фиксация N2
+
̶
Хемолитотрофия
+
̶
Фотосинтез
3 типа
1 тип
Типы подвижности
8 типов
3 типа
Избыточность ДНК
Оболочка (если есть)
Сомы
Многоклеточность
Эндоспоры
Жгутик
Деление клетки

17. «Важен ли размер: мал да удал?»

Объект
Актинобактерии
Spirochaeta plicatilis
Размеры, мкм
0,5-0,7 – сантим.?
0,2-0,7 × 80-250
Achromatium
oxaliferum
5-33 × 15-100
Macromonas mobilis
6-14 × 10-30
Bacillus subtilis
0,7-0,8 ×2-3
Staphylococcus aureus
0,5 – 1
Mycoplasma mycoides
0,1 × 0,25
Wolbachia melophagi
0,3 × 0,6
ВТМ
0,3 × 0,02
ВЖЛ
0,021
Крупный белок
0,010

18. Если хорошо искать…

Nanoarchaeum
equitans
Shingopyxis alaskensis
Ультрамикробактерии
Halospora undulata – паразит
микронуклеуса инфузорий
Нанобактерии

19. Морфологические типы бактерий

Одноклеточные
Ассоциации
Консорции или комплексы
Колонии
Константные
Трихомы
Плеоморфные
Полиморфные

20. Морфология клеток бактерий

(bacterium)
(clostridium)

21. Варианты кокков

Диплококки
Neisseria gonorrhoeae
Diplococcus magnus
Streptococcus pneumoniae
Микрококки
Micrococcus luteus
Цепочки
Клетки делятся
в одной
плоскости
̶
Стрептококки
Str. pyogenes
Lactococcus lactis
Пакеты
Клетки делятся в
двух или
нескольких
плоскостях
перпендикулярно
Тетракокки
Pediococcus acidilactici
Tetracoccus soyae
Gloethece sp.
и сарцины
Кластеры
Клетки делятся в
нескольких плоскостях
беспорядочно
Стафилококки
Aerococcus urinae

22. Варианты палочек

• Бактерии
– монобактерии
– диплобактерии (Z. mobilis, L.)
– cтрептобактерии (H. dukrey, L.)
• Бациллы
– монобациллы
– диплобациллы
– Стрептобациллы
• Циллиндрические
Bacterium linens
• Веретиновидные
Cystobacter fuscus
• Мицелиальные формы
Mycobacterium leprae
Micromonospora sp.
Streptomyces griseus
Микробиология 1520

23. Необычные формы бактерий

Stella vacuolata
Ancalomicrobium adetum
Haloarcula quadrata et Halogeometricum borinquense
Planctomyces limnophilus
Rhodocyclus purpureus

24. «Микросистематика»

Систематика
Классификация
Таксономия
Таксон
Типовой вид
/род/штамм
Иерархия
Ранг таксона
Мегатаксономия
Фила
Домен

25. Классификация (пример)

Вид – Род – Семейство – Порядок – Класс – Фила (Отдел) – Домен (Царство)
Слайд 25

26. Особенности «микросистематики»

LUCA?
Филогенетическое дерево клеточной жизни

27.

Сравнение классификаций
Царство Procaryotae
Отдел Gracilicutes
Группа 19. Оксигенные
фотосинтезирующие бактерии
Группа 2. Аэробные, подвижные,
спиральные/виброидные
грамотрицательные бактерии
Группа 5. Факультативно анаэробные
грамотрицательные палочки
Отдел Firmicutes
Группа 12. Грамположительные кокки
Группа 13. Грамположительные палочки
и кокки, образующие
эндоспоры
Отдел Mollicutes (микоплазмы)
Отдел Mendosicutes («архебактерии»)
Домен (Царство) Bacteria
Фила (Отдел) Actinobacteria
Фила (Отдел) Cyanobacteria
Фила (Отдел) Proteobacteria
Класс Alphaproteobacteria
Класс Betaproteobacteria
Класс Gammaproteobacteria
семейство Enterobacteriaceae
Класс Deltaproteobacteria
Класс Epsilionproteobacteria
Класс Zetaproteobacteria
Фила (Отдел) Firmicutes
Класс Bacilli
Класс Mollicutes
Класс Clostridia
Домен (Царство) Archaea

28.

Настольные книги микробиолога

29. Настольные книги микробиолога

Двумембранные бактерии? Откуда?

30. Двумембранные бактерии? Откуда?

Очередная революция?

31. Очередная революция?

Археи и Кариоты: кто кому кто?

32. Археи и Бактерии: такова ли разница?

“Parakaryon myojinensis”
Прокариот с
одномембранным ядром
Слайд 35

33. Археи и Кариоты: кто кому кто?

Так какой генезис-то? Правы все?

34. Археи и Кариоты: кто кому кто?

План строения клеток прокариот

35. “Parakaryon myojinensis”

Экзоплазматические и периплазматические
Надмембранные структуры
Переплазматические
Жгутики
Фибриллы
Фимбрии (пили)
Аксиальные нити
Клеточная стенка
Транспортный аппарат
Капсулы, чехлы
Хемосенсорный аппарат
Целлюлосомы
Серные глобулы
S-слои (паракристаллический слой)
Шипы
Включения металлов
Трубчатые выросты
Экстрацеллюлярные баллоны
Блебинг-везикулы
Стебельки
Микрокристаллы

36. Так какой генезис-то? Правы все?

Цитоплазматические структуры
Обязательные
• Рибосомы
• Нуклеоидосомы
• Протеасомы
• Деградосомы
• Шаперонины
Специализированные
• Вакуоли
• ICM
• Хроматофоры
• Тилакоиды
• Магнитосмы
• Хлоросомы
• Карбоксисомы
• Ацидокальцисомы
• Аэросомы
Включения
• Полифосфаты
(волютин)**
• Полигликаны
• β-ПОМК, липиды,
углеводороды
• Цианофициновые
гранулы, белки
• Параспоральные
тельца