Основные определения микробиологии принципы таксономии и классификации микроорганизмов. Методы микроскопии

1. ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МИКРОБИОЛОГИИ ПРИНЦИПЫ ТАКСОНОМИИ И КЛАССИФИКАЦИИ МИКРООРГАНИЗМОВ МЕТОДЫ МИКРОСКОПИИ

2. Разделы современной микробиологии

Общая микробиология
Частная микробиология
Промышленная микробиология и
биотехнология
Сельскохозяйственная
Ветеринарная
Космическая
Санитарная
Медицинская

3. ПРИНЦИПЫ КЛАССИФИКАЦИИ МИКРООРГАНИЗМОВ

Международный комитет по
систематике прокариот
Международный журнал
систематической и эволюционной
микробиологии
определитель бактерий Берджи
Международный комитет по таксономии
вирусов

4.

5. ПРИНЦИПЫ КЛАССИФИКАЦИИ МИКРООРГАНИЗМОВ

Нумерический подход
(фенотипический, феносистематика)
морфологические, тинкториальные,
культуральные, биохимические,
антигенные и др. свойства

6. ПРИНЦИПЫ КЛАССИФИКАЦИИ МИКРООРГАНИЗМОВ

Генетический
(бактериальная геномная ДНК и 16S
рРНК)
1) секвенирование генов 16S рибосомальной
РНК (совп. 98-99% род)
2) геномное севенирование (совп.
последовательности 95-96% вид)

7. Полифазная таксономия

идентификацию видов бактерий
проводят на основе генетического
анализа в сочетании с наиболее
важными фенотипическими
характеристиками
MALDI-TOF - времяпролетная масс-спектрометрия
выделенной микробной культуры после ее матричноактивированной лазерной десорбции/ионизации

8. Полифазная таксономия

9.

10. Современная таксономия организмов

Домены
(надцарства, империи)
Archaea
Bacteria
Eukarya

11.

Домен Bacteria
Proteobacteria
Firmicutes
Actinobacteria
Spirochaetes
Chlamydiae
Bacteroidetes
Типы
и др.

12.

Царство Fungi
Glomeromycota
Ascomycota
Basidiomycota
Типы

13.

класс
порядок
семейство
род
вид
подвид

14. Семейство Staphylococcaceae Род Staphylococcus

Виды
1. S. aureus
2. S. epidermidis
3. S. saprophyticus
Staphylococcus spp.

15. Монофилетический принцип

иерархическое разделение
биологических объектов с учетом их
происхождения от единого общего
предка внутри таксонов
(филогенетические деревья)
Филогенетические отношения
(расстояния) между различными
группами организмов определяются
методами молекулярной генетики

16.

Вид - эволюционно сложившаяся
популяция микроорганизмов, имеющих
единое происхождение, генотип, среду
обитания и свойства, и способных
вызывать сходные процессы в
организме человека и/или внешней
среде

17.

Штамм - культура
одного вида
микроорганизмов,
выделенная из
различных источников
(организма человека,
животного,
окружающей среды)
или из одного и того
же источника, но в
разное время

18.

Вариант (тип) - отличается отдельными
признаками от стандартного вида в
результате генетической изменчивости
Морфологические (морфовары),
биологические (биовары), различающиеся
по антигенной структуре (серовары или
антигеновары), экологическим нишам, в
которых они обитают (эковары), и
патогенности для определенных хозяев
(патовары)

19.

Изолят - вариант микроорганизма,
непосредственно выделенный из
какого-либо источника, до получения
его полной характеристики
Клон – культура микроорганизмов,
полученная из одной особи
Чистая культура - микробные особи
одного и того же вида, выращенные на
питательной среде (потомки одной
микробной клетки=клон)

20.

21.

22. Виды микроскопических методов

Световая
Фазово-контрастная
Темнопольная
R ~ λ / 2A
Люминесцентная
Конфокальная
Атомно-силовая
Электронная
(просвечивающая, сканирующая)

23. Ключевые характеристики

Разрешающая способность – это
наименьшее расстояние между двумя
точками, при котором они еще
воспринимаются раздельно, а не
сливаются в одну
Контрастность – отношение яркости
светлых и темных участков
изображения

24.

РАЗРЕШЕНИЕ
credit: http://www.microscopyu.com/tutorials/
Функция рассеяния точки
(Point spread function)

25. Световая микроскопия

+++
Простота
использования
--Необходимость
фиксации и окраски
микробных препаратов

26. Иммерсионный объектив

Для увеличения числовой апертуры
(зависит от коэф. преломления среды и
линзы) объектив погружают в специальную
иммерсионную жидкость, что обеспечивает
отсутствие воздушной прослойки между
препаратом и объективом
При использовании масляной иммерсии
принципиально достижимое разрешение
микроскопа составляет 1/3 длины волны
использованного света

27. Фазово-контрастная микроскопия

При прохождении световой волны через
неокрашенные объекты меняется ее фаза
При применении специального фазового
устройства происходит преобразование
фазовых изменений световой волны в
амплитудные, различимые глазом
Черно-белое изображение с высокой
контрастностью

28.

Интерференционный
максимум
Интерференционный
минимум
Интерференционный
минимум

29. Фазово-контрастная микроскопия

+++
• Микроскопия
нативных объектов
• Высокая
контрастность и
разрешение
--• Подходит только
для тонких
препаратов

30.

31. Темнопольная микроскопия

32. Темнопольная микроскопия

+++
• Микроскопия
нативных препаратов
--• Низкая контрастность
• Повреждение
препарата ярким
светом

33. Люминесцентная (флуоресцентная) микроскопия

Флуорохромы красители, которые
способны поглощать свет
определенной длины
волны, а затем излучать с
увеличением длины волны

34.

Флуорохромы имеют
разные спектры
возбуждения и
флуореценции, что
позволяет использовать
для окраски в одном
препарате несколько
красителей
одновременно

35.

+++
• Изучение нативных препаратов
• Высокая чувствительность и
специфичность
• Одновременное использование
нескольких флюорохромов и изучение
различных молекул
• Визуализация in vitro и in vivo
--- Фотообесцвечивание – постепенное фотохимическое
разрушение флюорофора
- Фототоксичность некоторых флюорофоров

36. Конфокальная микроскопия

ЛКФМ основана на компьютерной
люминесцентной микроскопии
Препарат обычно красят флюорохромом
(например, акридиновый оранжевый,
флуоресцеин и т.д.)
Источники света – лазеры (фокусирование луча
в точку минимального диаметра на препарате)
Конфокальная диафрагма отсекает постороннее
излучение из соседних точек в препарате
Можно наблюдать объект в режиме реального
времени (оценка функции клетки – подвижность
и т.д.)
Сканируя лазерным лучом препарат, можно
получить его трехмерное изображение, оценить
экспрессию окрашенных белков в клетке и т.д.)

37.

+++
• Удаление фонового
шума за счет малой
расходимости
лазерного пучка
• Контроль глубины
сканирования
• 3D визуализация

38.

Функция рассеяния точки
Обычный
X
Z
Конфокальный
X
Z

39.

40. Принципы атомно-силовой микроскопии

АСМ основана на оценке сил взаимодействия между
ультратонким датчиком микроскопа (кантилевером) и
поверхностью изучаемого препарата
Препарат обычно помещают на пористую подложку
В АСM препарат не облучается. Лазеры используются для
точной оценки положения датчика (кантилевера)
По изменению сил взаимодействия можно контролировать
объект в режиме реального времени (оценка функции
клетки – транспорт молекул, спорообразование и т.д.)
Разрешение АСМ очень высоко – молекулярный уровень нанометры
Сканируя кантилевером препарат, можно получить его
трехмерное изображение, оценить вязкость мембраны,
положение белков в клетке и т.д.

41.

42.

43. Просвечивающая электронная микроскопия

пучок электронов ориентирован и
сфокусирован электромагнитными
линзами на специально подготовленный
тонкий образец (до 100 нм толщиной).
При прохождении через образец часть
электронов рассеивается в зависимости
от локальных особенностей структуры и
плотности исследуемого препарата.
Эти электроны собираются и
фокусируются электромагнитной линзой
объектива, что создает изображение
образца на люминесцентном экране,
излучающем свет под действием
электронов.
разрешение в пределах
0,1-1 нм

44. Сканирующая электронная микроскопия

! Требуется вакуум, тонкий и
дегидратированный объект
+++
3D
Сильное увеличение
--Черно-белое изображение
Сложное оборудование и
подготовка проб
Ниже разрешающая
способность
Фиксированные препараты