Прокариотные микроорганизмы.

Признаки грибов, сходные с растениями: полярность клетки, неограниченный верхушечный рост, наличие ригидной клеточной стенки, вакуолей, поперечных перегородок, способность к синтезу витаминов. Общие с животными признаки: отсутствие хлорофилла, гетеротрофные тип питания, наличие  в клеточной стенке хитина, а не целлюлозы, образование мочевины в процессе азотного обмена, синтез запасных углеводов в форме гликогена, сходная первичная структура дыхательных ферментов и транспортных  РНК.

Специфические признаки и свойства, характерные только для членов царства  Mycota: мицелиальная структура вегетативного тела, сложные ядерные циклы, многоядерность. Основная вегетативная структура грибов – гифа, совокупность гиф образует мицелий, или грибницу. Гифы имеют нитевидное строение и, переплетаясь, образуют ложную ткань, из которой строится основа плодовых тел. Гифы бывают без перегородок или могут иметь поперечные перегородки  - септы с простыми или сложными отверстиями – порами. Грибы с несептированными гифами называют низшими, с септированными – высшими. Среди септированных  есть и одноклеточные формы – дрожжи, и многоклеточные.

Грибы размножаются бесполым (конидиями  и спорами) и половым путем (образование  различных половых структур – зигоспор, сумок или базидий). Грибы относятся к плейоморфным организмам, то есть один вид может иметь несколько стадий развития, которые различаются  морфологически, функционально и проходят в разных местообитаниях или со сменой хозяев. Бесполое размножение осуществляется многими путями. Грибница может вырасти из любого обрывка мицелия; воздушные гифы мицелия могут рассыпаться на отдельные клетки, которые затем прорастают и образуют каждая новый мицелий.

Распространен и бесполый способ размножения грибов – спорообразование, когда  споры образуются в специальных вздутиях на концах  воздушных гиф, в этом случае они называются эндоспорами. Споры могут образовываться и наружным способом на особых гифах - конидиеносцах. Эти споры являются экзоспорами и называются конидиями. При созревании оболочка разрывается, споры высыпаются и в благоприятных условиях прорастают в новый мицелий.

При половом размножении грибов перед образованием спор сливаются  две клетки, имеющие в ядре одинарный  набор хромосом – гаплоидные клетки, образуя диплоидную клетку. Далее у разных классов грибов процесс идет по-разному. У одних образуется клетка, покрытая толстой оболочкой – зигота, которая после периода покоя прорастает в новый мицелий. У других образуется многоклеточное плодовое тело, внутри него развиваются сумки со спорами, которые после созревания высыпаются  и прорастают в мицелий.

Грибы распространены  повсеместно  в природе и там, где есть хотя бы следы органических веществ. Все грибы – аэробные организмы, за исключением обитателей рубца жвачных животных. Среди грибов есть паразиты, симбиотрофы, хищники, сапрофиты, возбудители опасных болезней человека, животных и растений. Они могут быть причиной пищевых отравлений. Грибы синтезируют и выделяют во внешнюю среду разнообразные гидролитические ферменты, расщепляющие  любые органические субстраты.

2. Классификация грибов. Грибы делят на 5 классов, в основном по особенностям размножения.

1 класс – архимицеты (Archimycetes) объединяет наиболее примитивные организмы, у которых мицелия нет или он слабо развит. Бесполое размножение осуществляется подвижными зооспорами. Большинство архимицетов являются внутриклеточными паразитами растений. Примером может быть гриб, вызывающий заболевание капусты «черная ножка» или рак картофеля.

2 класс – фикомицеты (Phycomycetes) объединяет грибы с хорошо развитым мицелием, почти у всех организмов несептированным. Размножаются половым и бесполым путем. Среди представителей этого класса широко распространены мукоровые грибы, обитающие в почве и на различных пищевых продуктах. Многие из них способны к спиртовому или окислительному брожению, некоторые используются в промышленности для производства органических кислот и спирта.

3 класс – аскомицеты (Ascomycetes) -  или сумчатые грибы. В этом классе имеются паразиты культурных растений, возбудители порчи пищевых продуктов и грибы, используемые в промышленности. Мицелий  аскомицетов многоклеточный, бесполое размножение осуществляется конидиями, половое – спорами, которые образуются в сумках (асках). К аскомицетам относятся распространенные плесневые грибы родов Aspergillus и Penicillium.

Аспергиллус – широко распространенная булавовидная плесень, часто встречается  на поврежденном зерне. Молодые конидии имеют светло-зеленую окраску, затем они темнеют и становятся серо-зелеными и серо-бурыми. Аспергиллус часто развивается в сырых помещениях завода, в ёмкостях и таре на остатках продукта.

Пенициллиум – зеленая кистевидная  плесень, в начале развития окраска  белая, затем серо-зеленая и, наконец, серо-бурая. Плесень эта распространена повсюду и при наличии влаги появляется на всех пищевых продуктах. Отдельные  виды применяются для изготовления лечебного препарата – пенициллина и плесневых сыров.

4 класс – базидиомицеты (Basidiomycetes) объединяет грибы с ветвистым септированным мицелием, размножающиеся половым и бесполым путем. По строению базидий грибы разделяют на 2 группы:

1. Имеющие одноклеточные базидии, к этой группе принадлежат шляпочные грибы (в пищу употребляют плодовые тела), трутовики.
2. Имеющие многоклеточные базидии – паразитические грибы, поражающие растения. Головневые грибы поражают зерновые культуры, вызывая головню; ржавчинные грибы поражают различные культурные растения.

5 класс – грибы несовершенные (дейтеромицеты, Fungi imperfecti) – многоклеточные грибы, которые размножаются только конидиями (бесполое размножение). Многие из них вызывают плесневение пищевых продуктов, некоторые являются паразитами культур. Молочная плесень (Oidium Lactis) в виде бархатистой пленки встречается на поверхности квашеных овощей и кисломолочных продуктов, прессованных дрожжах, масле, сыре.

3. Дрожжи – одноклеточные грибы, не образующие мицелия, в основном относящиеся к классу сумчатых грибов – аскомицетов, но есть отдельные представители в классе базидиомицетов. В природе дрожжи распространены повсеместно, где есть сахаросодержащие жидкости (на плодах, ягодах, листьях растений). Дрожжи имеют огромное значение в пищевой промышленности, так как они способны сбраживать сахар в спирт и углекислый газ.

Форма дрожжевых клеток чаще всего овальная, округлая или эллиптическая. Размножаться они могут бесполым, так и половым путем. Бесполое (вегетативное) размножение осуществляется почкованием, при этом на материнской клетке появляется бугорок – почка, которая постепенно растет и, наконец, отделяется  при помощи перетяжки – отшнуровывается. В дочернюю клетку переходит часть ядра, цитоплазмы и других клеточных структур.

При половом размножении первой стадией процесса является образование  спор в клетке. При этом ядро делится на части, соответствующие количеству будущих аскоспор (от 2 до 8 шт.), каждая часть окружается цитоплазмой и покрывается оболочкой. При достижении зрелости они высыпаются из сумки  и могут размножаться почкованием, образуя ослабленное гаплоидное поколение. При слиянии 2-х гаплоидных аскоспор образуется диплоидная зигота, которая, прорастая, дает поколение жизнеспособных диплоидных клеток. Это свойство дрожжей используют при искусственной гибридизации в промышленности. При этом  преимущественно разводят диплоидные или полиплоидные расы дрожжей.

В основу классификации дрожжей  положены способы размножения и  ряд физиологических признаков. Порядок одноклеточные грибы (дрожжи) включает 3 семейства:

1. Сахаромицетациа (Saccharomycetaceae) – клетки размножаются почкованием. К этому семейству относится род Saccharomyces, имеющий наибольшее техническое значение и еще 16 родов. Различие между родами состоит в форме спор и способе их образования и прорастания.
2. Шизосахаромицетациа (Scizosaccharomycetaceae) – клетки размножаются делением, все аэробы.
3. Сахаромикодацеа (Sacchoromycodacea) – клетки размножаются почкованием, которое заканчивается делением.

Внеклеточные организмы (вирусы и фаги).

Вирусы обладают следующими характерными особенностями, отличающими их от других микроорганизмов:

• имеют неклеточное строение
• не способны к росту и бинарному делению
• не имеют собственных систем метаболизма
• содержат нуклеиновые кислоты только одного типа ДНК или РНК
• для их воспроизводства нужна только нуклеиновая кислота
• используют рибосомы клетки – хозяина для образования собственных белков
• не размножаются на искусственных питательных средах и могут существовать только в организме восприимчивого к ним хозяина.

Вирусы могут существовать в 2-х  формах – внеклеточной (в виде вириона) и внутриклеточной (в виде вегетативного вируса). У вириона отсутствует обмен веществ, он не растет и не размножается. Внутриклеточная форма является активным агентом, попав в клетку хозяина использует ее биологический и энергетический аппарат для репродукции новых вирусов, а впоследствии может вызвать гибель самой клетки.

Вирусы представляют собой нуклеопротеиды и состоят из нуклеиновой кислоты  и нескольких кодируемых ею белков. Вирусы подразделяют на 2 группы: ДНК – вирусы и РНК-вирусы. Могут иметь разнообразную форму (палочковидная, сферическая, кубическая, ассиметрия). Вирусы, которые поражают бактерии, - бактериофаги. Проникновение фага в клетку хозяина происходит в несколько стадий:

1. адсорбция – происходит при случайном столкновении, представляет собой прикрепление фага к клетке;
2. инъекция   - введение нуклеиновой кислоты фага в клетку;
3. скрытый период – когда в клетке хозяина происходит перестройка синтезирующих процессов, собственные органические соединения не синтезируются, образуются ферменты, необходимые для синтеза фаговой нуклеиновой кислоты и белка.
4. созревание.

ЛЕКЦИЯ №3.

Распространение микроорганизмов  в природе.

1. Источники распространения микроорганизмов.
2. Влияние факторов внешней среды на жизнедеятельность микроорганизмов.

1.Источники распространения  микроорганизмов. Микроорганизмы широко распространены в природе, они обнаружены в пустынях и вечных льдах, на горных вершинах и в океанах. Главным источником распространения микробов является почва. Благоприятны для развития микроорганизмов растительные и животные остатки, загрязненные воды, пищевые продукты. Благодаря высокой приспособляемости микробы могут жить при температуре от  +70-90^оС до   –5-8^оС. На распространение микроорганизмов  влияют географические и климатические условия, больше микроорганизмов встречается в местах с теплым и влажным климатом.

Кроме почвы источником распространения  является воздух, но как среда обитания он неблагоприятен из-за отсутствия в нем питательных веществ. Микробы попадают в воздух  с пылью, чаще всего безвредны (возбудители различных брожений, пигментные микроорганизмы, плесневые и дрожжевые грибы). Большее количество микроорганизмов содержится в воздухе летом, чем зимой. Чем больше плотность населения, тем больше в воздухе микроорганизмов. Воздух является источником заражения микробами продовольственных товаров, технологического сырья, значительное содержание микроорганизмов  в воздухе свидетельствует о низком санитарном состоянии помещения. При наличии более 500 – 1000 микробных клеток в 1 м³ воздуха – воздух считается очень грязным.

Вода  тоже является естественным местообитанием микробов. В ней микроорганизмы могут находиться и размножаться. В водоёмы микроорганизмы попадают с почвой, пылью, различными органическими остатками. Микрофлора воды носит случайный характер, но есть и постоянные воды. Кроме постоянных безвредных сапрофитов, в воде встречаются патогенные микроорганизмы, возбудители желудочно-кишечных заболеваний человека. Согласно требованиям  санитарных норм в воде  не должно содержаться патогенных микроорганизмов, ионов токсичных металлов.

2. Влияние различных  факторов внешней среды. Все факторы внешней среды делят на 3 группы: физические, химические, биологические.

Физические факторы внешней  среды:

1. Температура. По отношению к температурным условиям микроорганизмы делят на 3 группы:

• психрофилы – холодолюбивые формы, температурный оптимум их развития  10^оС, t_min » 0°C, t_max»30°C. Для них характерно медленное развитие и небольшая скорость роста, могут развиваться в продуктах, которые хранятся при низких температурах. Наиболее часто встречаются флуоресцирующие бактерии, бактерии из рода Pseudomonas, Chromobacteriym, Flavobacterium; некоторые токсичные формы бактерий Clostridium botulinum. Психрофилы способны развиваться при низких температурах, так как содержат в клетках ферменты, имеющие низкую температуру активации, а также в составе клеточных мембран содержится большое количество ненасыщенных жирных кислот, входящих в состав липидов. В результате мембраны не замерзают.

• мезофилы –  их температурный оптимум 30 – 45^оС, t_min» 10-15°C. В эту группу входят большинство известных микроорганизмов, в том числе болезнетворные.
• термофилы – теплолюбивые организмы, развиваются в зоне высоких температур, их делят на облигатные (оптимум 65-70^оС, t_min = 40-42^оС), факультативные ( оптимум 45-60^оС, t_min < 20°С), термотолерантные (t_max = 45-50°C), экстремальнотермофильные (существуют при t > 90^оС).

Возможность существования при  высокой температуре объясняется  особым составом липидных компонентов мембран, содержащих насыщенные жирные кислоты с разветвленными цепями, а также термостабильностью белков и ферментных и клеточных ультраструктур. Термофильные бактерии широко распространены в природе, обитают в горячих источниках, принимают участие в саморазогревании зерна, некоторые используют в биотехнологии для получения витаминов, ферментов, белков и так далее.

2. Влажность. Микроорганизмы способны жить и размножаться только в присутствии свободной воды. Большое внимание на рост микроорганизмов оказывает концентрация растворенных в воде соединений. Если эта концентрация мала, то раствор называют гипотоническим. При оптимальной концентрации этих веществ создаются условия для лучшего роста микроорганизмов, а увеличение концентрации вещества приводит к задержке роста микроорганизмов в связи с повышением остмотического давления в окружающей среде. Раствор с высоким осмотическим давлением называют гипертоническим.