2. Культура повного витіснення або тубулярна культура

Т

а

убулярна культура моделює періодичну культуру у відкритій системі. Розрізняють тубулярну культуру без повернення і з поверненням біомаси (рис. 13.2 і 13.3).

¥

С

Р-

б

Рисунок 13.2 - Тубулярна культура без повернення біомаси (а) і з поверненням біомаси (б).

F, Fs, а Fs - швидкості потоку в різних точках; S - концентрація лімітую чого ріст F субстрату; V - об’єм культури; dv - малий елемент об’єму культури; с - прилад для концентрування біомаси.

В ідеальному варіанті інокулят і середовище перемішується на вході у систему, потім культура без перемішування з постійною швидкістю тече через ферментер. Таким чином всі елементи культури повинні мати один і той самий «час утримання» в сосуді при проходженні через нього. Якщо V - об’єм сосуда для культивування, F - швидкість течії культури через ферментер (л/год), то час утримання культури або час заміщення описується формулою

(13.27).

У культурі повного витіснення все ж відбувається деяке перемішування і через те, що воно незначне час утримання розподілений навколо середнього ^.

Культура без повернення біомаси (рис.13.2,а). Якщо початкова концентрація лімітуючого субстрату Sa>>Ks, то ріст біомаси в кожному малому елементі культури dv може бути представлений за допомогою рівняння періодичного росту,

ц=цт до тих пір, поки невичерпаний лімітуючий субстрат, тоді

= (13.28)

Де х_а - початкова концентрація біомаси,

х - концентрація біомаси у час 1

Якщо V - об’єм культури, який отриманий за час ^ то

V і?

Де D - швидкість розбавлення.

Тоді отримуємо:

1пх = ]п:х_а+ (13 29)

Культура з поверненням біомаси (рис. 13.2, б). Якщо частину біомаси після виходу з ферментеру повернути у ферментер, тоді можна отримати незалежність від початкового джерела інокуляту

*" .т ⁼ *" (13.30)

Де а - частина загального середовища, яка повертається у ферментер.

Р₅=^р/

' Ч¹ “ 0 (13.31)

Уявімо, що біомасу перед тим як повернути у ферментатор, концентрують у g разів. Тоді частина біомаси, яка повертається на вхід дорівнює ag. У стаціонарному стані х_а:

^ХСС = ^аЗ^ХУ/

Х_№ - кінцева концентрація біомаси.

Час t для проходження деякого об’єму V описується рівнянням

^: = '⁽'¹ У- (13.32).

Якщо V - об’єм в якому відбувається вичерпнення лімітуючого субстрату, то за умов у= V і підставивши значення х і t у рівняння (25) для стаціонарного стану отримуємо:

-

і

Р

Якщо v_e=v, то маємо:

^:-3) (13.34).

Критична швидкість розбавлення D_c коли х_%^-0 дається рівнянням (34). Якщо D перевищує D_c, то x_w<x_m і відповідно повернення біомаси буде недостатнім для підтримки х^ настає так зване виживання.

Культура повного витіснення є моделлю періодичної культури. Вона відрізняється від періодичної тільки тим, що в ній розділені у просторі фази, які у періодичної культури розділені у часі. В лабораторних умовах неможливо реалізувати ідеальну культуру повного витіснення. Культура повного витіснення у великих масштабах використовується у очищенні стічних вод, повернення активного мулу розглядається як повернення біомаси. Анаеробну ферментацію у виробництві йогурту і сиру також можна проводити методом культур повного витіснення. Також даний метод може бути моделлю процесів, які відбуваються у кишечнику.

2. Хемостатна культура

Ще одним типом безперервної культури є хемостат.

х

мішалка

х-0

5=Эг

_Е

середовище

- концентрація біомаси; S - концентрація лімітую чого субстрату; F - швидкість потоку; V - об’єм культури.

Рисунок 13.3 - Схема хемостату

Хемостатна культура на відміну від культури повного витіснення є суспензією біомаси, яка повністю перемішується. До хемостату з постійною швидкістю подається середовище і з тією ж швидкістю відбирається культура. Загальний об’єм культури залишається постійним. У ідеальному випадку перемішування у хемостаті повинне бути повним. На практиці це означає, що час, який необхідний для перемішування невеликого об’єму середовища у культурі повинен бути

. . . І_т=- значно меншим, ніж час заміщення 1:_г, який дорівнює : ¹ V

ш

(1)

росту.

(2)

росту.

видкість вимивання біомаси перевищує максимальну швидкість швидкість вимивання біомаси дорівнює максимальній швидкості

(3) - початкова швидкість вимивання менша за максимальну швидкість

росту біомаси.

Рисунок 13.4 - Можливі результати в хемостатній культурі в якій швидкість росту біомаси х обмежена концентрацією лімітую чого ріст субстрату Б. Потік середовища, яке містить лімітуючий субстрат у концентрацій Б_г, включений у момент часу ^.

Розглянемо деяку культуру, у якій ріст біомаси лімітується лише субстратом. Уявімо, що з початку додавання середовища ріст біомаси відбувається так само, як і в періодичній культурі. Потім, коли почнеться надходження середовища, ріст культури буде відбуватися у відповідності з однією з трьох можливостей, які зображені на мал. 4.4.

Перша можливість - швидкість біомаси є більша за швидкість росту; концентрація біомаси буде знищуватися, концентрація субстрату

• зростати до значення Б_г.

Друга можливість - швидкість вимивання біомаси точно дорівнює швидкості росту; при цьому мікроорганізми будуть зростати з їх максимальною питомою швидкістю росту ц_т. У цьому випадку встановлюється стаціонарний стан, при якому концентрація біомаси і субстрату залишаються постійними, однак такий стан не буде сталим стаціонарним станом, оскільки будь-яка тимчасова зміна умов, яка впливає на концентрацію біомаси і субстрату, приведе до безперервної зміни цих концентрацій.

Третя можливість здійснюється, якщо швидкість вимивання біомаси буде меншим за максимальну швидкість росту. Концентрація біомаси безперервно збільшується, проте відповідне зменшення концентрацій лімітую чого субстрату призведе до того, що питома швидкість росту біомаси буде зменшуватися до тих пір, доки швидкість росту не стане дорівнювати швидкості вимивання подальших змін в концентрації біомаси і лімітую чого субстрату не може бути. Тоді питома швидкість росту буде нижчою за ц_т і буде визначатися швидкістю потоку середовища. Такий стаціонарний стан є саморегулюючим. Наслідки збурення стаціонарного стану у часі є такими:

• Зменшення концентрації біомаси приведе до збільшення концентрації субстрату, що в свою чергу викличе збільшення швидкості росту і обумовить відновлення умов стаціонарного стану;

• Збільшення концентрації біомаси викличе зворотній ефект.

Якщо ц - питома швидкість росту, значення F/n= D відоме як

швидкість розбавлення, збільшення концентрацій біомаси подається

рівнянням балансу біомаси:

загальне збільшення біомаси = ріст + відтік Для безкінечно малого проміжку часу dt для повної культури цей

баланс буде мати вигляд:

. ■ ::: (13.36).

Розділивши рівняння (4.36) на vdt маємо:

У стаціонарному стані:

швидкість росту, рівняння швидкості розбавлення Баланс для лімітуючого субстрату має вигляд:

Для безкінечно малого проміжку часу dt цей баланс для повної культури описується рівнянням:

(13.38).

У - економічний коефіцієнт Відповідно:

(13.39).

Т

У стаціонарному стані

оді значення стаціонарних концентрацій даються рівнянням:

цх

~ “ У (13.41)

~ (тильда) - значення знаходиться в стаціонарному стані.

Для того, щоб отримати 5 > ^х підставимо рівняння для питомої швидкості росту.

_

"С5 + Л'р (13.42)

Підставивши у рівняння (4.42) ц= D отримаємо рівняння для стаціонарного стану:

5 = -

(13.43)

А з рівняння (41) отримаємо:

(13.44).

Значення хемостатної культури

1. Хемостат дає можливість змінювати швидкість росту біомаси, не викликаючи в навколишньому середовищі ніяких змін, окрім змін концентрації лімітуючого субстрату. У простій періодичній культурі зміни швидкості росту можуть бути викликані лише якісними змінами живильного середовища, або кількісними змінами фізико- хімічних умов. Такі методи зміни швидкості росту вносять побічні ефекти, які маскують дію самої швидкості росту.

2. Хемостат можна використовувати і з протилежною метою - фіксувати швидкість росту при змінах умов.

3. Хемостат використовується для підтримки постійної швидкості росту при лімітуючій концентрації субстрату, тоді як у періодичній

4. культурі ріст, лімітований субстратом, можна отримати на лише короткий термін.

Дана функція хемостату дає можливість вивчати не тільки надлишок чи збіднення лімітую чого субстрату, але й проміжні стани.

2. Пригнічення росту і загибель мікроорганізмів під дією різноманітних агентів

Деякі хімічні речовини уповільнюють або повністю гальмують ріст мікроорганізмів.

Якщо та або інша речовина пригнічує ріст бактерій, а після її видалення ріст знову відновлюється, такі речовину називають бактеріостатичною або бактеріостатиком.

На відміну від них бактерицидні речовини викликають загибель клітини.

Той або інший ефект залежить також від концентрації діючої речовини. Серед бактерій існують форми стійкі до загальних і метаболічних отрут (сірководень, фенол, оксид вуглецю), навіть здатні використовувати їх як джерело енергії.

Пошкодження поверхневих структур або шарів культури. Етанол у високій концентрації (до 70%) викликає коагуляцію білків і спричиняє бактерицидну дію. Феноли, крезоли, нейтральні мила, ПАР, детергенти діють на зовнішні шари клітин і порушують вибіркову проникність плазматичних мембран. З детергентами схожі за своєю дією деякі поліпептидні антибіотики, такі як поліміксин, колистин, бацитрацин, субтілін, а також антимікробні рослинного походження.

Пошкодження ферментів і порушення метаболізму. Деякі важкі метали діють як сильні ферментативні отрути, навіть у малих концентраціях, як у формі солей (ЩС1₂, СиСІ, AgNO₃), так і у формі органічних сполук (п-гідроксімеркурібензоат). Вони зв’язують SH- групи і тим самим глибоко змінюють третинну і четвертинну структуру ферментних білків. Блокується також і функціональна SH- група коензиму А (СоА). Ціанід діє як дихальна отрута, зв’язуючи залізо, він блокує функцію дихального ферменту цитохромоксидази. Оксид вуглецю СО пригнічує дихання, конкуруючи з вільним киснем за цитохромоксидазу. Антиміцин А порушує перенос електронів по дихальному ланцюгу інгібуючи цитохром-С-редуктазу. 2,4- динітрофенол розмежовує процеси окислення і фосфорегулювання у мітохондріях. Арсеніт інгібує фосфорегулювання на рівні субстрату. Фтор ацетат блокує цикл Кребса.

Конкурентне інгібірування. Малонат пригнічує перетворення сукцината у фумарат. Ця дія надзвичайно специфічна і проявляється навіть при низьких концентраціях малонової кислоти. Підвищивши концентрацію сукцинату дію малонату можна блокувати.

Порушення синтезу клітинних компонентів. Структурна схожість між сульфонамідами і п-амінобензольною кислотою призводить до конкуренції між ними. п-Амінобензольна кислота входить до складу коензиму тетрафолієвої кислоти, у більшості бактерій цей коензим синтезується з більш простих компонентів. При додаванні сульфонамідів до живильного середовища ці речовини проникають до клітин і включаються до коензиму, що синтезується, це призводить до того, що отриманий коензим не функціонує і в кінцевому результаті призводить до припинення росту культур.

Пригнічення синтезу білку антибіотиками. Дія деяких антибіотиків спрямована на функцію 70^ рибосом. Стрептоміцин і неоміцин гальмують процес зв’язування амінокислот між собою. Еритроміцин порушує функцію субодиниць 50S. Тетрацикліни перешкоджають приєднанню аміноацил-тРНК до рибосом. Левоміцетин пригнічує включення амінокислот у білки.

Пригнічення синтезу нуклеїнових кислот антибіотиками. Мітоміцин-С вибірково перешкоджає синтезу ДНК. Актіноміцин-Д утворює з дволанцюгової ДНК комплекс і порушує синтез 3 типів РНК. Ріфампіцин впливає на ДНК-залежну РНк-полімеразу і пригнічує тим самим синтез мРНК у бактерій.

Гальмування синтезу клітинних стінок. Пеніцилін, цефалоспорин пригнічують синтез пептидоглікану у прокаріотів.

Загибель і знищення мікроорганізмів - це незворотна втрата здатності до росту і розмноження. Більшість пошкоджень за деяких умов можуть бути зворотними. Кількісні дані відносно загибелі мікроорганізмів можна отримати лише для популяції, але не для окремих клітин.

Контрольні запитання до теми Т13:

1. Дайте визначення поняття «ріст».

2. Які типи бінарного поділу характерні для грампозитивних і грамнегативних бактерій?

3. Які існують методи визначення концентрації бактерій і біомаси?

4. Охарактеризуйте фази росту бактерій у періодичний культурі.

5. Назвіть параметри кривої росту.

6. У чому полягає суть безперервного культивування?

7. Які існують режими безперервного культивування?

8. Назвіть принципові відмінності між періодичними та безперервними культурами.

9. Назвіть основні механізми дії агентів, які викликають пригнічення росту і загибель мікроорганізмів.

Тема Т14. Систематика прокаріот. Вступ до систематики

бактерій

1. Принципи класифікації прокаріот

Для описування бактерій спершу визначають їх морфологічні ознаки:

• відносяться вони до коків, паличкоподібних чи спірил;

• мають або не мають капсулу;

• об’єднані окремі клітини в агрегати(нитки, тетради, пакети);

• чи мають вони джгутики і як вони розташовані;

• чи утворюють вони ендоспори;

• як фарбуються за Грамом.

Морфологічний опис доповнюється переліком найважливіших фізіолого-біохімічних ознак. Враховується:

• відношення до кисню (аероби, анаероби, факультативні або облігантні анаероби);

• яким чином вони отримують необхідну енергію в процесі дихання (бродіння або фотосинтез);

• залежність росту від температури, рН з визначенням оптимуму і межі сталості;

• речовини, які засвоюються клітинами;

• місця природного існування;

• наявність симбіотичних або паразитичних взаємовідносин;

• клітинні включення;

• пігментація і склад капсули;

• компоненти клітинної стінки (пептидоглікани, тейхоєва кислота, ліпополісахариди);

• серологічна диференціація (поверхневі антигени, гомологічні білки);

• склад основ ДНК;

• гібридизація ДНК/ДНК;

• трансформованість при міжвидовому переносі ДНК;

• послідовність нуклеотидів у 16S або 5S рРНК;

• чутливість до антибіотиків.

Номенклатура. Для бактерій використовується бінарна номенклатура, родова і видова назви. Спочатку в родовій назві відбивались морфологічні ознаки, а у видовій - фізіологічні. Але пізніше Бейринк і Виноградський почали давати родові назви, які відображають екологічні, фізіологічні і біохімічні особливості. Наприклад: фізіологічні ознаки Acetobacter, Nitrosomonas, Azotobacter; пігментація - Chromobacter, Rhodomicrobium; патогенність - Pneumococcus, Phytomonas; субстрати, які використовуються - Haemophilis, Amylobacter.

За правилами номенклатури слід притримуватися назв, які запропоновані в достовірних першоописах. Присвоєння назв і їх використання регламентується жорсткими правилами.

Класифікація. Вона враховує в першу чергу практичні особливості і необхідна для розпізнавання описаних форм. Під класифікацією розуміють розподіл одиниць за групами більш високого порядку. Вона відбувається за ієрархічною схемою Основною одиницею є чиста культура виділеної бактерії - штам. Штами об’єднують у види (species), види - у роди (genus, множ^епега), подібні роди у гриби (латинські назви закінчуються на -eae), гриби - у родини (латинські назви закінчуються на - aceac). Родина може об’єднувати роди і без грибів, що зараз спостерігається досить часто, родини об’єднуються у порядки (латинські назви закінчуються на -ales), порядки - у класи. Класи можуть об’єднуватись у відділи. Основою для класифікації є адекватний опис штамів, у відповідності до якого проводять порівняння і розмежування одиниць. Втановленням підпорядкування окремих груп мікроорганізмів займається таксономія.

Ідентифікація. Вона повинна базуватись на простих і доступних для дослідника методах. Для цього використовують так звані дихотомічні ключі, в яких пропонуються альтернативні твердження, які логічно ведуть до діагностики невідомого організму. Техніка ідентифікації викладена у широко вживаному визначнику Бергі.

Слід розрізняти два види класифікацій:

• філогенетичну (природну);

• штучну.

Побудова природної класифікації-кінцева мета таксономії бактерій, її основним завданням є об’єднання споріднених форм які пов’язані спільним походженням. Таким чином будується філогенетичне дерево.

Визначник Бергі досить вдалий приклад штучної класифікації, основна мета якої - ідентифікація і визначення організмів. Визначник Бергі містить назви бактерій, опис їх морфологічних і фізіологічних особливостей, а також посилання на літературні джерела і ключі визначення виділених форм.

Послідовність кроків визначення бактерій за керівництвом Берджі така:

1. за таблицею ознак необхідно переконатися що організм є прокаріотом;

2. у визначнику бактерії поділяються на 4 основні категорії:

• грамнегативні еубактерії, які мають клітинну стінку;

• грампозитивні бактерії, які мають клітинну стінку;

• еубактерії, які не мають клітинної стінки;

• архебактерії.

Необхідно за ознаками, наведеними у визначнику, встановити до якої групи може бути віднесений мікроорганізм;

3. встановлення розділу визначника, в якому розглядається досліджуваний мікроорганізм. У розділі V наведено перелік груп всередині кожної основної категорії і короткий опис особливостей бактерій;

4. визначення роду бактерій. Для більшості груп наведено таблиці або ключі;

5. визначення виду бактерій. У описі більшості родів містяться таблиці, за допомогою яких можна диференціювати види всередині даного роду.

Нумерична таксомія - це наступний крок для створення більш об’єктивної системи. Вона базується на визнанні принципів Адансона, згідно з якими будь-які ознаки, які можна врахувати мають однакове значення для характеристики організму.

Для кількісної оцінки враховують найбільш можливу кількість ознак, які підбираються таким чином, щоб вони були альтернативними. Вважається, що схожість між двома досліджуваними штамами тим більша, чим більшим є відношення числа ознак, що співпадають, до числа всіх врахованих. Використовується так званий коефіцієнт схожості S:

а-ь Ь -ь с+ д

де а і & - суми ознак, за якими штами А і В співпадають (а- обидва позитивні, д-обидва негативні);

Ь- сума ознак, за якими штам А позитивний, а штам В негативний; с- сума ознак, за якими штам А негативний, а штам В позитивний.

В результаті розрахунків можна отримати числа від 0 до 1. S=1 - 100% схожість, S<0,02 - абсолютна несхожість.

Філогенія бактерій. Рибосоми мають всі клітини. Ці органоїди дуже консервативні, особливо рРНК. Послідовність основ у рРНК може слугувати філогенетичним маркером. При визначенні послідовності нуклеотидів у 16S рРНК у більшості бактерій встановлена як несподівана різниця, так і дуже висока схожість ( величини SАВ ), що призвело до створення дендрограми, яку слід визнати філогенетичним деревом.

Концепція виду у бактеріології. Використання молекулярно- біологічних методів у мікробіології внесло певні перспективи до уявлень щодо суті виду бактерій. У 2002р. відбулося засідання Спеціального міжнародного Комітету з систематики прокаріот. Рекомендується визначення нуклеотидної послідовності генів (Шквенс), що кодують синтез 16S рРНК і білків, а також ДНК-ДНК гібридизацію як молекулярні критерії для окреслення виду.

2. Характеристика таксонів

Всі бактерії об’єднані в царство Procariotae і поділяються на 4 відділи:

1. Gracilicutes (Г^- _еубактерії, які мають клітинну стінку);

2. Firmicutes (Г+_еубактерії, які мають клітинну стінку);

3. Tenericutes (еубактерії, які не мають клітинної стінки);

4. Mendisicutes (архебактерії).

Відділи поділяються на класи, класи - на частини, частини - на порядки, гриби, родини, роди.

3.2.1. Відділ Gracilicutes (grasilus - тонкий, стрункий, cutes - шкіра). Клітини сферичної чи овальної форми, прямі або вигнуті палички, спиралевидні, нитчасті. Деякі можуть мати чохол або капсулу.

Розмножуються бінарним поділом, але для деяких форм відоме брунькування або множинний поділ. Міксобактерії можуть утворювати плодові тіла та міксоспори. Ендоспор не утворюють. Багато з них - рухливі (рух за допомогою джгутиків або ковзанням). Серед представників є фототрофи, літотротфи, гетеротрофи, аероби, анаероби облігатні та факультативні, мікроаерофіли.

Відділ поділяється на 3 класи:

1. Scotobacteria (14 частин - № 1-14).

2. Anoxyphotobacteria (1 частина - №15).

3. Oxyphotobacteria (1 частина - № 16).

Кл. Scotobacteria.

Частина 1. Спірохети. Г^- клітини спіралевидної форми, надзвичайно гнучкі, рухливі за рахунок пери плазматичного джгутика. Хемооранотрофи. Спор не утворюють. Розмножуються поперечним поділом. Анаероби, мікроаерофіли, факультативні анаероби, аероби. Вільно існуючі або в асоціаціях з тваринами або людиною. Деякі патогенні. Вільно існуючі - бактерії роду Spirochaeta. Асоціанти - бактерії роду Cristispira (у молюсків). Паразити - бактерії родів Treponema, Borrelia, Leptospira. Порядок Spirochaetales містить 2 родини: 1) Spirochaetaceae (роди: Spirochaeta, Cristispira, Treponema, Borrelia); 2) Leptospiraceae (рід Leptospira)

Частина 2. Аеробні мікроаерофільні, рухливі, спірально вигнуті Г^- бактерії. Спіралеподібної або віброїдної форми. Рухливі за рахунок полярно розміщених джгутиків. Аероби чи мікроаерофіли. Метаболізм дихального типу з використанням кисню як акцептору електронів. Деякі здатні до анаеробного дихання з використанням нітрату чи фумарату як акцептору електронів. Хемооранотрофи (деякі - автотрофи, які використовують в якості донору електронів Н₂). Зустрічаються в ґрунті, прісній і морській воді, в рослинах, тваринах або людині. Деякі - патогенні. Деякі - хижаки. Представники роду Azospirillum - аерофільні азотофіксатори на корневих системах бобових. Родина Spirillaceae (роди Spirillum, Azospirillum, Oceanospirillum, Aquaspirillum, Campilolacter, Vampirovibrio, Bdellovibrio).

Частина 3. Нерухливі (або рідко рухливі) Г^- вигнуті бактерії. Хемоорганогетеротрофи. Сапрофіти. Група об’єднує 4 типи мікроорганізмів:

1. Вигнуті чи С-подібні бактерії, здатні утворювати кільце за рахунок перекриття кінців клітини. Можуть зустрічатися клітини у формі завитків і спіралей. Можлива присутність газових вакуолей. Аероби. Зустрічаються у ґрунті та воді (рід Spirosoma).

2. Віброїдні чи прямі або вигнуті палички. Утворюють газові вакуолі. Аеротолерантні анаероби, мають строго бродильний тип метаболізму.

3. Дугоподібні клітини з газовими вакуолями, які розміщені у вигляді листа конюшини. Зустрічаються кренделеподібні форми. Існують у озерах і ставках, де присутні сульфіди і відсутній кисень (рід

Brachyarcus).

4. Тонкі S-подібні клітини, які утворюють агрегати сигмоїдної форми за рахунок розміщення впритул 4 або кратних 4 клітин. Іноді рухливі. Існують у прісних і солонуватих водах за присутністю сульфідів і відсутністю кисню (рід Pelosigma).

Бродильний тип метаболізму у бактерій роду Meniscus, дихальний - Runnea. Утворюють пігменти біло-рожевого (Microcyclus aquaticus), жовтого (Spirosoma linquale), рожевого кольору (Flectobacillus major).

Частина 4. Г^- аеробні палички та коки. Хемоорганогетеротрофи, але деякі автотрофи, які використовують в якості донору електронів Н₂. Не утворюють чохлів і газових вакуолей. Нездатні до руху ковзанням.

Не розмножуються брунькуванням. Аероби. Метаболізм дихального типу з використанням кисню як акцептору електронів, деякі здатні до анаеробного дихання. Вільно існуючі (вода, грунт), симбіонти, паразити. Деякі патогенні. Об’єднані у 8 родин: Pseudomonaceae, Azotobacteriaceae, Rhizobiaceae, Methylococcaceae, Halobacteriaceae, Acetobacteriaceae, Legionellaceae, Neseriaceae. Об’єднані у 80 родів.

Псевдомонади - облігатні аероби, деякі види факультативні анаероби. Рухливі (полярні джгутики) поодинокі прямі або вигнуті палички. Споживають в якості джерела вуглецю різноманітні органічні сполуки, в тому числі ті, які не асимілюються іншими мікроорганізмами (напр. гетероциклічні, ароматичні). Деякі патогенні для рослин, тварин і людини.

Представники родини Azotobacteraceae паличкоподібні бактерії, які можуть змінювати свою форму. Фіксують молекулярний азот. Для збагачення ґрунту азотом у с/г використовують препарат азотобактерин, який виготовляється на основі живих культур Azotobacter.

Бактерії роду Rhizobium (бульбочкові бактерії) утворюють симбіоз із бобовими рослинами. Бактерії роду Agrobacterium - внутрішньоклітинні паразити рослин.

Бактерії родини Acetobacteraceae здатні окиснювати етанол до оцтової кислоти.

Бактерії роді Neisseria, Moraxella, Kingella - збудники захворювань людини і тварин.

Частина 5. Факультативно анаеробні Г^- палички. Хемоорганогетеротрофи, деякі автотрофи. Не утворюють чохлів і газових вакуолей. Не здатні до руху ковзанням. Метаболізм дихального типу. Деякі здатні до бродіння. Вільно існуючі форми, а також в асоціаціях з тваринами, людиною або рослинами. Деякі патогенні. Об’єднані у 3 родини: Enterobacteriaceae (роди Escherichia, Citobacter,

Erwinia, Ehterobacter); Vibrionaceae (роди Aeromonas, Plesiomonas, Vibrio, Photobacterium); Pasteurellaceae (роди Haeromophillus, Pasteurella, Actinobacillus).

Бактерія Escherichia coli (кишкова паличка) є найбільш дослідженою серед усіх бактерій, вона слугувала об’єктом усіх молекулярно-біологічних, генетичних і біохімічних досліджень, є умовно-патогенною. У кишківнику хребетних зазвичай є коменсалом, однак в певних умовах може спричиняти захворювання. Salmonela - збудник тифу. Фітопатогенними є представники родів Erwinia, Entherobacter.

Частина 6. Г^- анаеробні прямі, вигнуті та спіральні палички. Хемоорганогетеротрофи. Облігантно анаеробні. Спор не утворюють. Рухливі і нерухливі. Одержують енергію за рахунок анаеробного дихання чи бродіння. Включають 1 родину - bacteroidaceae (роди Butyriovibri, Succinivibrio, Bacteroides, Fusobacterium, Leptotichia, Wolinella, Anaerovibrio, Acetivibrio). Живуть у ротовій порожнині людини, тварин. Деякі патогенні. Бактерії різних родів відрізняються за кінцевими продуктами бродіння. Butyriovibrio з глюкози утворюють бутират, Succinivibrio - сукцинат, Acetovibrio - ацетат, Fusobacterium накопичують масляну кислоту, Leptotrichia - молочну, Bacteroides - їх суміш (бурштинову, оцтову, мурашину та ін.).

Частина 7. Сульфатасимілювальні або сульфат відновлювальні бактерії. Серед них є хемолітотрофні облігатні анаероби, які

одержують енергію окисненням в анаеробних умовах Н₂, використовуючи в якості акцептору електронів сульфат. Є хемоорганотрофи, які в якості вуглецю і енергії використовують органічні кислоти (лактат, піруват, форміат, ацетат), спирт (етанол, бутанол), вуглеводи. Не утворюють ендоспор. Переважно нерухливі. Представлені родами Desulfovibrio, Desulfomonas, Delfusarcina, Variabilis

• автотроф, використовує СО₂, джерело енергії Н^, акцептор електронів

• SО4^2-.

Частина 8. Анаеробні Г^- коки. Хемоорганогетеротрофи. Анаероби. Спори не утворюють Нерухливі. Розміщуються поодиноко, попарно, ланцюжками або скупченнями. Метаболізм виключно бродильного типу. Група представлена однією родиною VeШoneUaceae, яка складається із трьох родів: VeШoneUa, Acidaminococcus, Megasphaera. Є паразитами теплокровних тварин і людини.

Частина 9. Рикетсії та хламідії. Облігантні внутрішньо-клітинні паразити. Клітини паличкоподібні, кокоподібні та плеоморфні. Багато з них - патогенні. Порядок Rickettsiales містить 3 родини: Rickettsiaceae, Bartonellaceae, Anaplasmataceae. Порядок Chamidiales - 1 родину Chlamidiaceae.

Частина 10. Ковзні бактерії. Хемоорганотрофні, облігатно аеробні, джгутиків немає. Здатні ковзати по твердій поверхні. За відсутності поживних речовин клітини агрегують з утворенням плодових тіл. Порядок Myxobacteriales (родина Myxobacteriaceae, роди Мухососсш, Cystobacter, ^ппо^^). Порядок Cytophagales (родина Cytophagaceae, рід Cytophaga, родина Beggiatoaceae, рід Beggiatoa). Міксобактерії характеризуються високою активністю літичних ферментів, активно руйнують рослинні і тваринні залишки. Існують у ґрунті, на живих рослинах і мертвій деревині.

Частина 11. Бактерії, які мають чохли. Хемоорганогетеротрофи. Аероби. Ростуть у вигляді ниток, клітини оточені чохлами. Чохли можуть містити оксиди Fe та Мп. Поодинокі клітини можуть бути рухливими (джгутики). Існують у прісних і морських водах. У стічній воді - бактерії родів ShaeroШus і Leptothrix. Роди: Leptothrix, Сгєпо^гіх, Streptotrix, ShaeroШus.

Частина 12. Бактерії, які брунькуються, і/або стеблинкові. Деякі мають простеки - тонкі вирости, які складаються з клітинної стінки, мембрани і цитоплазми. Бруньки утворюються на кінці простеки чи на поверхні клітини. За їх допомоги бактерії прикріплюються до поверхні. Простеки утворюють бактерії родів Caullobocter, Prosthecomicrobium. Брункуванням розмножуються Hyphomicrobium. Деякі розмножуються бінарним поділом.

Частина 13. Г^- хемолітотрофні бактерії. Поділяються на такі групи в залежності від природи неорганічних сполук, які використовуються в якості джерела енергії:

1. Нітріфікатори (використовують аміак і нітріти) Nitrosomonas, Nitrosoisprira, Nitrosococcus, Nitrobacter;

2. Бактерії, які окислюють сірку (неорганічні сполуки сірки) ТМоЬасШш, П^Ьа^гіит, Шоуиіит, Thiospira;

3. Облігатні окисники водню;

4. Бактерії, які утворюють, або накопичують оксиди і/або марганцю на поверхні або всередині клітини;

5. Магнітотаксичні бактерії, клітини яких мають магнітосоми.

Частина 14. Ендосимбіонти. Поділяються на 3 групи:

ендосимбіонти найпростіших, комах, грибів. Більшість поза клітиною існувати не може.

Кл. АпохурІю^Ьа^егіа.

Анаеробні фототрофні бактерії. Порядок RhodospirШales. Мають фотосинтетичні пігменти. Джерело енергії - світло. Родина: пурпурові сіркобактерії Chromatiaceae, пурпурові несіркові бактерії RhodospirШaceae, зелені сіркобактерії Chlorobiaceae, Chloroflexaceae, Ectofhiorhodospira.

Кл. Oxyfotobacteria.

Містять хлорофіл. Джерело енергії - світло. Виділяють кисень. Поділяються на 2 групи:

1. бактерії, які містять хлорофіл а та фікобілі протеїни. Мають назву ціанобактерії;

2. бактерії, які містять хлорофіл а і в. Називаються прохлорофітами.

Поділяються відповідно на 2 порядки - Cyanobacteriales та Prochlorales.

Ціанобактерії поширені у воді, ґрунті. Завдяки здатності фіксувати азот можуть існувати в умовах нестачі поживних речовин.

2. Відділ Firmicutes. (Г+ з клітинною стінкою). Форма клітин сферична, паличкоподібна, нитчаста. Розмноження бінарним поділом. Деякі утворюють ендоспори. Більшість нерухливі. Рухливі мають джгути. Нефотосинтезуючіх. В основному хемогетеротрофни. Аероби, анаероби, мікроарофіли. Поділяють на 2 класи:

1. Firmibacteria (3 частина № 17-19)

2. Thallobacteria (1 чатина № 20)

Кл. Firmibacteria

Частина 17. Грампозитивні коки. Хемоорганотрофні, мезофільні, не утворюють спор. Об’єднані у 3 родини:

1. Micrococcaceae (роди: Micrococcus, Staphylococcus, Planococcus);

2. Streptococcaceae (роди: Streptococcus, Pediococcus, Aerococcus, Gemella, Leuconostoc);

3. Peptococcaceae (роди: Peptococcus, Ruminococcus, Peptostreptococcus, Sarcina).

Представники родини Micrococcus - аероби, хемоорганотрофи. Існують у воді, ґрунті, паразити людини і тварин.

Класифікація родини Streptococcaceae ґрунтується на морфологічних ознаках і продуктах бродіння: бактерії родів Streptococcus, Pediococcus, Aerococcus зброджують глюкозу з утворенням молочної кислоти. Бактерії роду Leuconostoc утворюють, окрім молочної кислоти, етанол, оцтову кислоту, СО₂. Існують у ґрунті, повітрі, воді, молочних продуктах (Str.lactis, Str.cremoris), квашених овочах, інших харчових продуктах (м.б.причиною їх псування). Деякі - паразити.

Представники родини Peptococcaceae анаеробні нерухливі коки. У процесі бродіння утворюють СО₂, Н₂, нижні жирні кислоти, етанол. В основному сапрофіти (Sarcina), деякі паразити.

Частина 18. Палички та коки, які утворюють ендоспори. Найчастіше - рухливі палички або нитчасті, один рід - рухливі коки. Аероби, анаероби, мікроаерофіли. Хемоорганотрофи. Об’єднані в одну родину Bacillaceae, яка складається з наступних родів: Bacillus, Sporolactobacillus, Clostridium, Sporosarcina, Desufotomaculum, Anphibiacillus, Oscillospira, Sporohalobacter, Sulfobacillus, Syntrophospora. Характеризуються великою різноманітністю властивостей. Серед них є маслянокислі бактерії (Clostridium), ацетонобутилові (C.acetobutyricum), уролітичні (Sporosarcina ureae), фіксатори атмосферного азоту (Clostridium pasteurianum), продуценти антибіотиків, ферментів, а/к, токсинів. Представники роду Bacillus продукують близько 200 антибіотиків, найбільш продуктивними є Bacillus subtilis (70), B.brevis (30). Найважливіші - полі міксин, бацитроцин, граміцидин С, субтилін. Бацилам притаманна амілолітична, пектинолітична, лі політична, целюлозолітична, протеолітична активність. Живі культури бацил є основою пробіотиків - біопрепаратів з антимікробними і імуномоделюючими властивостями. Існують у ґрунтах, водоймах (сапрофіти). Деякі особливо патогенні (клостридії викликають газову гангрену, ботулізм).

Частина 19. Г+ паличкоподібні бактерії, які не утворюють спор. Прямі чи вигнуті палички, більшість - нерухливі, факультативні чи облігатні анаероби. Об’єднані у 1 родину Lactobacillaceae, роди - Lactobacillus, умовно рід Cariophanon. Існують на рослинах, харчових продуктах (молочних, пива, солінь, маринадів), у ШКТ людини і тварин. Сапрофіти. Основним продуктом бродіння є молочна кислота.

Кл. Thallobacteria

Частина 20. Актиноміцети та споріднені організми. Утворюють розгалужені нитки або гіфи у вигляді міцелію. Утворюють спори (для розмноження). Майже всі аероби. Хемогетеротрофи. В якості джерела енергії використовують різноманітні сполуки, в т.ч. і складні полімери.

Споріднені організми - корінеформи та пропіонові бактерії. Корінеформи - грам опозитивні паличкоподібні морфологічно мінливі (можуть мати цикл кок-паличка-кок). Більшість нерухливі. Хемоорганогетеротрофи. Переважно облігатні аероби, але є факультативні анаероби. Артробактерії здійснюють процеси амоніфікації, нітрифікації.

Бактерії роду Cellulomonas розкладають целюлозу. Анаеробні мікроорганізми: маслянокислі Eubacterium, Butyriovibrio, молочнокислі Bifidobacterium, пропіоновокислі Propiobacterium, різні жирні кислоти утворюють термофільні Thermoanaerobacter.

Нокардієформи можуть ефективно використовувати вуглеводні нафти. Стрептоміцети є продуцентами антибіотиків (стрептоміцин, хлороміцетин, ауреоміцин, тетрациклін).

2. Відділ Tenericutes (еубактерії без кліткової стінки). Називаються мікроплазмами. Клітини оточені мембраною, плеоморфні. Розрізняються за розмірами від 0,15 до 10 мкм. Характерні розгалужені нитчасті форми. Розмноження брунькуванням, бінарним поділом, фрагментацією. Нерухомі, деякі здатні ковзати. За Грамом не фарбуються. Для росту потрібні складні поживні середовища. Своєрідність цих бактерій проявляється в поліморфізмі клітин - еліпсоподібні, диско-, паличкоподібні, нитчасті, розгалужені; стійкі до антибіотиків,які діють на клітинну стінку, мають стабільну еластичну плазматичну мембрану. Об’єднані у кл. МоШсШєз (1 частина). Найдрібніші прокаріоти, здані самостійно розмножуватися. Об’єднані в порядок Mycoplasmatalєs і 3 родини: Mycoplasmatacєaє, Acholrplamatacєaє, Spiroplasmatacєaє. Енергію отримують за рахунок окиснення чи зброджування орг. сполук (сахари), неорг. сполук ^е, |Мп). Більшість аероби, є облігатні анаероби. Є ацидофільні (рН 1-4). Серед них виявлено сапрофітні, паразитичні і патогенні форми.

3. Відділ Mendosicutes. Архебактерії - переважно ґрунтові або водні мікроорганізми, також є симбіонтами тварин. Аероби, анаероби. Хемоорганотрофи, гетеротрофи або факультативні гетеротрофи. Деякі можуть існувати при t більше 100°С. До складу ефірів у них входять ізопренильні ефіри гліцерину. Нуклеотидні послідовності 5S-, 16S-, 23S- рРНК сильно відрізняються від еубактерій і еукаріот. В кліт. стінках мурен відсутній. У Г+ клітинні стінки складаються із псевдомуреїну, метанохондроїтину, гетерополісахариду. Г^- клітини мають поверхневі шари, які складаються з глікопротеїну. Форма клітини різноманітна: Сферична, спіральна, пластинчата, паличкоподібна. Зустрічаються багатоклітинні форми у вигляді ниток або агрегатів. Розмноження - бінарним поділом, брунькуванням, перетяжкою, фрагментацією. Можуть бути забарвлені у червоний, пурпуровий, рожевий, оранжево-коричневий, жовтий, зелений, сірий та білий колір. Поділяються на 5 основних груп:

1. Метаногенні (МєЛапоЬа^єгіит, Мє^апососсш, Mєthanosarcina, MєthanospirШum, Мє^апоЬгєуюЬа^єгшт, Mєthanogєnium, Мє^поМх та ін.). Облігатні анаероби, кінцевий продукт метаболізму яких - метан. Субстратами м. б. Н₂+СО₂, форміат, ацетат, метанол, метиламіни, Н₂+метанол. Сірку можуть відновлювати до Н^. Мезо- і термофіли, нейтрофіли (рН=7), зустрічаються галофільні види.

2. Сульфатредукуючі археї. Рід Archaeoglobus. Облігатні анаероби, здатні утворювати Н^ із сульфатів. Утворюють невеликі кількості метану. Екстремальні термофіли, рН 4,5-7,5. Хемолітотрофи, хемоорганотрофи, хемоміксотрофи. Для автотрофного росту потрібні тіосульфат і Н₂. Гетеротрофи споживають форміат, лактат, глюкозу, крохмаль і білки.

3. Галобактерії. Хемоорганотрофи. Потребують високої концентрації КаСІ. Деякі здатні використовувати світло для синтезу АТР.

4. Архебактерії, які не мають клітинної стінки.

5. Екстремальні термофіли і гіпертермофіли, які метаболізують сірку.

Контрольні запитання питання до теми Т14:

1. Які підходи використовуються для класифікації бактерій?

2. Сукупність яких ознак покладена в основу фенотипової систематики?

3. Дайте характеристику таксонів вищого рангу.

4. Назвіть відмінності архебактерій від еубактерій.

5. Дайте характеристику бактеріям класу Scotobactєria.

6. Дайте характеристику бактеріям класу АпохурИо^Ьа^єпа.

7. Дайте характеристику бактеріям класу Оху^оЬа^єгіа.

8. Дайте характеристику бактеріям класу Firmibactєria.

9. Дайте характеристику бактеріям класу Thallobactєria.

ЗМІСТОВИЙ МОДУЛЬ 3 Тема Т15. Загальна характеристика грибів

Гриби — це численна, дуже поширена своєрідна група гетеро­трофних організмів, позбавлених хлорофілу. Нині описано понад 100 тис. різних видів грибів. Грибам притаманні деякі риси тваринного та рослинного організмів.

Ознаки, спільні з рослинами: наявність клітинної стінки та вакуолів, заповнених клітинним соком; рухомість протоплазми, яку добре видно під мікроскопом; нездатність до активного переміщення, апікальний (верхівковий) ріст, характер живлення — адсорбційний, або осмотрофний (всмоктування), а не зоотрофний (проковтування), як у тварин. На відміну від рослин у грибів немає фотосинтетичних пігментів, тобто вони є С-гетеротрофами.

Ознаки, спільні з тваринами: гетеротрофний тип обміну за вуг­лецем, наявність глікогену (резервного субстрату клітин), наявність хітину в клітинних стінках, утворення та накопичення сечовини. Мікологія — наука про гриби, один із розділів ботаніки, вивчає морфологію, фізіологію, біохімію, екологію, географію, філогенію грибів, їх роль у природі та життєдіяльності людини. Ознаки, характерні для рослий, тварин і грибів

Клітина гриба (рис. 15.1) складається з оболонки (клітинної стінки), цитоплазми з цитоплазматичною мембраною, ендо­плазматичною сіткою (ендоплазматичним ретикулумом), міто- хондріями, рибосомами, включеннями, вакуолями та ядра (чи ядер). Ядро грибів чітко відособлене і оточене мембраною.

1 — апарат Гольджі (діктио-соми); 2 — рибосоми; 3 — ломасоми; 4 — ендоплазматична сітка; 5 — мітохондрії; 6 — цитоплазма; 7 — клітинна стінка; 8 — ядро; 9 — ядерна оболонка; 10 — цитоплазматична мембрана

Рисунок 15.1 - Схема будови грибної клітини

Клітинна стінка грибів містить близько 80-90 % полісахаридів, зв'язаних з білками, ліпідами, поліфосфатами, пігментами. Вона складається з кількох шарів (зовнішнього та внутрішніх, або первинної та вторинної клітинної стінки). Матричні (скелетні) структури (або первинна стінка) складаються з хітину та целюлози, зовнішній шар (вторинна стінка), — як правило, з глюканів з різними типами зв'язку у різних таксонів грибів. Наприклад, целюлозо-хітиновий комплекс переважає у клітинних стінках багатьох видів зигоміцетів, целюлозно- глюкановий — у ооміцетів, хітозан-хітиновий — у деяких видів ооміцетів, хітино-глюкановий — у хитридіоміцетів, аскоміцетів, базидіо- та дейтероміцетів. У складі клітинних стінок грибів виявлені також полісахариди, які містять глюкуронову кислоту, а також гетерополісахариди, які містять манозу, галактозу, глюкозу, глюкуронову кислоту.

Ломасоми — везикулярні тільця (бульбашки), які розміщуються між клітинною стінкою та цитоплазматичною мембраною. Виявлені майже у всіх грибів, беруть участь у синтезі клітинної стінки.

Протопласти грибів — сферичні утворення клітини, позбавлені клітинної оболонки, чутливі до осмотичного шоку. їм властиві метаболічні процеси та здатність до регенерації. Протопласти одержують шляхом лізису клітинних стінок. Для цього використовують ферменти або мікроорганізми, які спричиняють лізис, а також сполуки, які порушують синтез клітинної стінки. Наприклад, антибіотик гризеофульвін пригнічує синтез клітинної стін- ки у хітин-вмісних грибів. Антибіотик ністатин зв'язує стероли цитоплазматичної мембрани та клітинної стінки. Утворення протопластів у грибів як при культивуванні, так і в природі вивчено недостатньо. Ймовірно, що воно має значення у патогенезі захворювань, які спричиняються грибами.

Цитоплазматична мембрана — аналогічна за будовою мембрані рослинної, тваринної та прокаріотичної (так звана універсальна "елементарна мембрана"), складається з подвійного шару ліпідів, який міститься між тонкими шарами білка. Білкові молекули розміщуються не тільки на поверхні мембрани, а й пронизують її наскрізь.

Цитоплазма клітини — являє собою різної в'язкості колоїдне рідке середовище, яке містить клітинні органели, включення резервних речовин різної природи та систему цитоплазматичних мембран. Система цитоплазматичних мембран являє собою нитки, тяжі, трубочки, системи бульбашок, які оточують окремі клітинні органели. До мембранних систем грибної клітини належить апарат Гольджі — агреговані бульбашки або пластинки (діктиосоми) різних розмірів, які розміщуються біля ядерної мембрани, перегородок гіфів, конідій.

Ендоплазматичний ретикулум — рухома система метаболітів клітини, яка міститься біля цитоплазматичної мембрани та мітохондрій. Утворюється шляхом інвагінації цитоплазматичної мембрани або в результаті поділу.

Вакуолі — добре видимі структури округлої або неправильної форми. В них концентруються резервні речовини або токсичні проміжні метаболіти клітини. Вважають, що вакуолі у клітині можуть походити від ендоплазматичного ретикулуму або апарата Гольджі.

Лізосоми — клітинні органели, різноманітні за формою тільця, оточені одинарною мембраною. Відшнуровуються від апарата Гольджі і у вигляді бульбашок розміщуються в цитоплазмі. Містять ферменти, які розкладають полімери, а також здатні акумулювати токсичні для клітини проміжні продукти метаболізму.

Ядро — оточене двошаровою з порами оболонкою, яка утво­рюється зовнішньою та внутрішньою ядерними мембранами, містить ядречко, хромосоми. Ядро містить ДНК (у вигляді хромосом), яка є носієм генетичної інформації клітини.

Мітохондрії — еліпсоподібні структури, оточені двошаровою мембраною, постійно переміщуються по цитоплазмі, міс- тять внутрішні увібгання — кристи. Є генераторами енергії (АТФ) у клітині, містять ряд окисно-відновних ферментів. У міто-хондріях міститься і мітохондріальна ДНК.

Рибосоми — численні дрібні тільця, беруть участь у синтезі білка.

Включення. Основною запасною речовиною у грибів є глікоген, який розміщений у вигляді дрібних гранул по всій цитоплазмі. Поліфосфати — містяться у колоїдному стані у вакуолях, їх вміст у клітині становить до 22 % вмісту всіх мінеральних компонентів. Ліпіди та жирові речовини містяться у клітині у вигляді крапельок, які називаються ліпосомами.

Вегетативне тіло гриба (талом) складається з ниток завтовшки близько 5 мкм — гіфів. Гіфи не мають поперечних перегородок (перетинок) у нижчих грибів і розділені такими перегородками (септами) на клітини у вищих грибів. Сукупність гіфів грибного талома називається міцелієм.

Для міцеліальних грибів характерним є диморфізм — здатність грибів залежно від умов культивування розвиватися у вигляді дріжджеподібних клітин або утворювати міцелій.

Видозмінення міцеліального росту — це хламідоспори, тяжі, ризоморфи, склероції, апресорії, гаусторії, кільця.

Хламідоспори — клітини гіфів з потовщеною оболонкою, які містять включення жиру та глікогену, з більшим діаметром клітини, ніж діаметр гіфи. Утворюються як фрагменти гіфів (інтер-калярні), на кінцях гіфів (термінальні), у конідіях. Можуть формуватися у процесі старіння культури після типового спороутворення.

Склероції — своєрідна агрегація септованих гіфів у вигляді особливих тіл. Клітини гіфів та їх оболонки потовщуються, часто меланізуються, набувають темного забарвлення. Потовщені клітини гіфів розміщуються на зовнішньому шарі склероція навкруги більш тонкостінних незабарвлених клітин внутрішніх шарів. Розміри склероціїв коливаються від кількох міліметрів до кількох десятків сантиметрів у деяких грибів. Бувають сферичної або неправильної форми. Склероції стійкі до дії несприятливих факторів. Описано два типи утворення склероціїв — термінальні (на кінцях гіфів) та інтеркалярні (в окремих фрагментах головних гіфів).

Міцеліальні тяжі — лінійно агреговані гіфи від кількох гіфів до тяжів діаметром кілька сантиметрів. Вони виникають із вегетативного міцелію частіше в природних умовах, ніж при культивуванні. Властиві базидіальним грибам. Більш складно агреговані гіфи (множинно агреговані) називаються ризоморфами. Міцеліальні тяжі та ризоморфи забезпечують поширення гриба у субстраті, переміщення по гіфах поживних речовин до місця утворення плодових тіл, виживання в несприятливих умовах.

Апресорій і гаусторій — розгалуження міцелію на його кінці, що росте.

Репродуктивними органами грибів є спори. Спори бувають рухомими (планоспори, зооспори) та нерухомими (апланоспори).

Для грибів характерні такі способи розмноження: вегетативне, безстатеве та статеве.

Вегетативне розмноження. Це — фрагментація гіфів, їх брунькування, а також утворення хламідоспор (вони можуть проростати).

Безстатеве розмноження. Органи безстатевого розмноження (спори) бувають ендогенними та екзогенними. Ендогенні утворюються всередині особливих вмістилищ (спорангіїв) і називаються спорами (спорангіос порами). Екзогенні утворюються на кінцях диференційованих відростків гіфів (конідієносців) і називаються конідіями (конідіоспорами).

Конідіальне спороношення (розмноження за допомогою конідій) властиве переважно дейтероміцєтам.

Статеве розмноження. Статеве розмноження грибів здійснюється, як і інших еукаріот, злиттям двох ядер. У процесі статевого розмноження можна виділити три фази. Перш за все відбувається плазмогамія — з'єднання двох протопластів. Клітина, яка виникла в результаті цього процесу, містить два ядра. Ця пара ядер (дикаріон) не обов'язково зливається відразу ж. Під час наступних поділів клітини можуть залишатися в дикаріотичній фазі. Два ядра при цьому поділяються одночасно (спряжений поділ). Тільки пізніше, часто тільки після утворення плодового тіла, відбувається злиття обох гаплоїдних ядер (друга фаза статевого розмноження — каріогамія) з утворенням диплоїдного ядра зиготи. Третя фаза — мейоз, або редукційний поділ, за якого кількість хромосом зменшується до вихідного (гаплоїдного). Три названі фази (плазмогамія, каріогамія та мейоз) у деяких грибів відбуваються безпосередньо одна за одною, в інших же — на різних стадіях розвитку гриба.

Органами статевого розмноження у грибів є спори (ооспори у ооміцетів, зигоспори у зигоміцетів, аскоспори у аскоміцетів і базидіоспори у базидіоміцетів).

Фаза статевого розмноження починається з утворення статевих клітин — гамет, які утворюються в особливих морфологічно диференційованих клітинах — гаметангіях. Якщо гамети, які походять від чоловічої та жіночої батьківських клітин, морфологічно не розрізняються, вони називаються із ог а мета ми. Ізогамети характерні для зигоміцетів. У ооміцетів гамети морфологічно різні: чоловічі гаметангії (і відповідно гамети) називаються антеридіями, а жіночі — оогоніями. Якщо чоловічі та жіночі гаметангії утворюються на одному і тому самому вегетативному тілі, яке розвивалося з однієї спори, то мова йде про гомоталічні (гермафродитні) гриби. У гетероталічних грибів таломи розрізняються статево: несуть або тільки чоловічі, або тільки жіночі статеві органи.

Ооспори утворюються внаслідок злиття морфологічно різних жіночої гамети оогонія та чоловічої антеридія (процес називається гетерогамія), зигоспори — морфологічно однакових жіночої та чоловічої гамет (процес називається ізогамія).

Відмінною рисою статевого процесу у нижчих грибів є те. що в результаті запліднення утворюється зигота, яка являє собою спору у стані спокою. Тільки під час проростання такої спори відбувається редукційний поділ (мейоз), за якого відновлюється гаплоїдний набір хромосом у ядрі.

На рис. 15.2 показано процес безстатевого (за допомогою конідій) та статевого розмноження у вищих грибів — аскоміцетів. За статевого розмноження на міцелії утворюються гаметангії 2, які складаються з антеридія (містить "+"-ядра, чоловіча статева клітина) та аскогонія (містить "-"-ядра, жіночо статева клітина). В аскогонії ядра з'єднуються попарно, але не зливаються. Із заплідненого аскогонія утворюються аскогенні двоядерні гіфи З, а пари ядер піддаються мітозу, за якого реплікуються нові парні хромосоми. Далі в кінчиках аскогенних гіфів 4 відбувається каріогамія, після чого диплоїдні ядра піддаються мейозу. В результаті утворюються вісім гаплоїдних ядер, які розвиваються в аскоспори і розміщуються в аску 4. Одночасно аски, вміщені в міцеліальні гіфи, перетворюються в аскокарп 5. Аско карп розпадається на окремі аски, які містять вісім аскоспор. Аскоспори проростають, утворюючи новий міцелій.

Проростання Окремий аск ^{3 п}’^птьмя асками

конідій

Рисунок 15.2 - Процес безстатевого (за допомогою конідій) та статевого розмноження у вищих грибів — аскоміцетів

Статевий процес у базидіоміцетів (рис. 15.3) характерний тим, що спочатку утворюється дикаріон (можливі варіанти утворення: злиттям двох гаплоїдних вегетативних клітин; поділом ядра в одній клітині). Далі клітини, які містять дикаріон, розростаються у складний дикаріофітний міцелій, з якого утворюються плодові тіла. Базидії утворюються на плодових тілах або з міцелію. З їх утворенням відбувається каріогамія дикаріона (злиття ядер і редукційний поділ, найчастіше на чотири ядра), даючи початок для утворення чотирьох базидій, з яких утворюються базидіоспори. Проростаючі базидіоспори утворюють гаплоїдний міцелій з одноядерних клітин, які знову утворюють дикаріон і фазу дикаріофітного міцелію (див. рис. 15.3).

Отже, відмінною рисою статевого процесу у базидіоміцетів є наявність фази дикаріофітного міцелію, яка є своєрідним відхиленням від типового диплоїдного міцелію. При цьому базидіоспори утворюються екзогенно, на відростках базидії.

1 — базидіоспори; 2 — гаплоїдний міцелій; 3 — дикаріофітний міцелій; 4 — плодове тіло з дикаріофітного міцелію; 5 — базидії з базидіоспорами Рисунок 15.3 - Цикл розвитку базидіального гриба

Гриби об'єднано в такі таксони: відділ, клас (підклас), порядок (підпорядок), родина, рід, вид, у межах виду — різновид, форма (раса) або тип (якщо він відомий). Для класу характерне

закінчення -cetes (Zygomycetes), порядку-ales (Mucorales), родини—aceae (Mucoraceae). Назву виду приводять за бінарною номенклатурою — Fusarium moniliforme, різновиду — за три- номінальною — Fusarium moniliforme var. lactis.

Згідно з класифікацією грибів, розробленою у 70-х-на початку 80-х pp. XX ст., гриби (Fungi) поділяють на два відділи:

1. Слизисті, або міксоміцети (Myxomycota), вегетативне тіло яких являє голу плазмову масу з чисельними ядрами або щільним скупченням амеб.

2. Справжні (Eumycota), вегетативне тіло більшості яких має вигляд переплетення гіфів, що утворюють міцелій. Вони поділяються на сім класів:

1. Chytridiomycetes (хитридієві гриби) — міцелій відсутній або слабко розвинутий, зооспори та гамети одноджгутикові, рухомі. Є статевий процес.

2. Oomycetes (ооміцети) — міцелій добре розвинутий, як правило, несептований, зооспори з двома джгутиками. Є статевий процес.

3. Zygomycetes (зигоміцети) — міцелій добре розвинутий, як правило, без перегородок. Безстатеве розмноження нерухомими спорангіоспорами, рідко — конідіями. Є статевий процес.

4. Trichomycetes (трихоміцєти) — міцелій у більшості нероз- галужений, в оболонках міститься целюлоза. Безстатеве розмноження спорангіоспорами. Є статевий процес. Мешканці кишок водних чи наземних членистоногих.

5. Ascomycetes (аскоміцети) — у переважної більшості міцелій добре розвинутий, септований. Безстатеве розмноження конідіями. Є статевий процес.

6. Basidiomycetes (базидіоміцети) — міцелій добре розвинутий, септований. Є статевий процес. За статевого розмноження утворюються базидії, на яких виникають базидіоспори.

7. Deuteromycetes (Fungi imperfecti) — дейтероміцети (недосконалі гриби) — міцелій добре розвинутий, безстатеве розмноження конідіями. Статевого процесу немає.

За даними, наведеними у підручнику Ю.Т.Дьякова [11], гриби належать до трьох відділів: Myxomycota, Heterocontae, Eumycota. Клас Oomycetes входить до відділу Heterocontae, а відділ Eumycota складається з шести класів (Chytridiomycetes, Trichomycetes, Zygomycetes, Ascomycetes, Basidiomycetes, Deuteromycetes).

Залежно від типу міцелію гриби поділяються на нижчі — фікоміцети (характеризуються наявністю несептованого міцелію, належать хитридіоміцети, ооміцети, зигоміцети) та вищі — еуміцети (мають септований міцелій, належать аскоміцети, базидіоміцети, дейтероміцети).

Мікроскопічні міцеліальні гриби (мікроміцети, плісняві гриби) і дріжджі, які викликають інтерес для біотехнології і використовуються в промисловості, належать в основному до класів аскоміцетів і дейтероміцетів. Причому багато представників дейтероміцетів одночасно належать і до інших класів грибів. Так, гриби аспергіли та пеніцили класифіковані як представники класу аскоміцетів, так і класу дейтероміцетів. До дейтероміцетів належать також гриби родів Botrytis, Trichoderma, Fusarium, Stachybotrys, Dendrodochium, Cladosporium, Alternaria.

У класі Zygomycetes (порядок Mucorales) розміщені гриби родів Мисог і Rhizopus, які є продуцентами органічних кислот. До зигоміцетів належить також Blacheslea trispora — продуцент Р-каротину.

Гриби відрізняються від інших мікроорганізмів дуже широкою пристосовуваністю до різних умов існування, але і серед них є види, які можуть існувати в обмежених умовах середовища.

Температура. Більшість грибів росте в інтервалі температури 18­25 °С. Але серед них також є психрофільні (від -3 до +10 °С), мезофільні (10-38 °С), термофільні (20-50 °С) культури. Відмінною рисою деяких видів грибів є те, що амплітуда оптимальної температури для них може бути значно ширшою, ніж для бактерій. Так, для Aspergillus fumigatus вона становить 25-50 °С (хоча для багатьох аспергілів її межі 26-28 °С). Температура, оптимальна для росту, не завжди є оптимальною для утворення первинних чи вторинних метаболітів. Так, для Fusarium sporotrichiella за глибинного вирощування оптимальною для росту міцелію є температура 18-24 °С, а для синтезу глюкозооксидази — 25 °С. Періодична зміна температури від 18 до 24 °С у процесі культивування цього гриба супроводжується максимальним утворенням токсину. Температура культивування Sclerotium glucanicum впливає на вихід полісахариду склероглкжану. Оптимальною для утворення склероглюкану є температура 20 °С. Із зниженням температури спостерігається утворення побічних продуктів: щавлевої, яблучної і фумарової кислот.

Світло. Пряме світло пригнічує ріст грибів. Але чергування освітлення і темноти стимулює ріст і спороутворення багатьох грибів. При цьому відзначаються деякі періоди адаптації при переході від освітлення до темноти, і навпаки. Реакція грибів на світло буває двох типів: фототаксис (рух у напрямку світла); фототропізм (ріст у напрямку світла). Причому фототропізм буває позитивним (ріст, спрямований до світла) і негативним (ріст, спрямований у протилежний від світла бік). Реакції фототропізму найхарактерніші для репродуктивних органів. Гіфальні структури реагують на світло переважно негативним фототропізмом.

Механізм дії іонізуючої радіації на гриби повністю не вста­новлений. Але результати експериментальних досліджень свідчать про високу радіостійкість грибів. Деякі види грибів здатні існувати й рости на радіоактивному графіті. Це явище отримало назву позитивного радіотропізму.

Кислотність середовища. Розрізняють мінімальне, оптимальне та максимальне значення рН для росту, спороутворення та фізіологічної активності грибів. Дуже часто ці значення не збігаються. Здебільшого для грибів оптимальним є рН 4,0-5,0. Але Aspergillus clavatus росте і спороносить за рН 13,0. У процесі росту гриби змінюють кислотність середовища завдяки виділенню метаболітів (наприклад, органічних кислот). Так, під час синтезу пулулану (продуцент Aureobasidium pullulans) рН середовища знижується від 6,5 до 4,0 за рахунок накопичення органічних кислот.

У багатьох грибів залежно від рН можуть змінюватись куль- туральні та морфологічні ознаки: забарвлення середовища і колоній, характер росту міцелію, розміри та форма органів розмноження, утворення хламідоспорового типу клітин та ін., що в свою чергу може впливати на фізіологічну активність грибів.

Так, у періодичній культурі Aureobasidium pullulans кількість дріжджоподібних клітин збільшується за підвищення початкового значення рН від 3,5 до 6,0. Одночасно збільшується кількість утворюваного пулулану, тоді як рівень біомаси не змінюється. Крім того, за підтримання рН у межах 5,0-6,3 синтез меланіну клітинами мінімальний, що значно полегшує очищення пулулану. Як і в умовах періодичної культури, за хемостатного культивування Aureobasidium pullulans морфологія клітин визначається рН середовища: низькі значення рН сприятливі для утворення міцеліальних форм. Оптимальним для біосинтезу пулулану є значення рН 4,5, за якого культура складається з 50 % дріжджоподібних і 50 % міцеліальних клітин. З підвищенням рН рівень біомаси збільшується, але вихід пулулану знижується.

Відношення грибів до кисню та вуглекислоти. Серед грибів невідомі облігатні анаероби, але багато видів можуть рости та спороносити за пониженого вмісту кисню в середовищі. Як приклад можна навести ріст грибів на фруктових соках, вареннях у закритих банках. Багато видів ґрунтових фітопатогенних грибів є стійкими до підвищеного вмісту вуглекислоти. У природних умовах ріст грибів за підвищеної концентрації вуглекислоти спостерігається в асоціаціях з активними аеробними мікроорганізмами, всередині тканин рослин і тварин, у водному середовищі. Підвищення вмісту вуглекислоти стимулює проростання спор багатьох видів фітопатогенних грибів.

Інші фактори. Існують осмофільні гриби, здатні рости на сере­довищах з високим осмотичним тиском, наприклад на концентрованих розчинах цукрів (до 60-80 %). Як правило, такі гриби ростуть на варенні, фруктових соках, сиропах тощо. Галофільні гриби здатні рости на середовищах з високою концентрацією (від 3 до 20 % ) хлористого натрію. Вони зустрічаються в засолених ґрунтах, при консервуванні (солінні) овочів.

Контрольні питання до теми Т15:

1. За якими ознаками гриби подібні до рослин і тварин?

2. Яке місце займають гриби серед живих організмів?

3. Які функції виконують структурні компоненти грибної клітини?

4. Що таке диморфізм? Охарактеризуйте видозміни міцеліальногоросту.

5. За допомогою яких способів відбувається розмноження грибів?

6. Які особливості статевого розмноження притаманні нижчим грибам, аскоміцетам і базидіоміцетам?

7. Дайте характеристику класів грибів, що входять до відділу Ешпусоїа.

9. Які біологічно активні речовини синтезуються грибами? Які метаболіти належать до первинних і вторинних?

10. Як впливають зовнішні фактори на фізіологічну активність грибів?

11. Охарактеризуйте екологічні групи грибів.

Тема Т19. Дріжджі

У наш час дріжджі розглядають як групу вищих грибів, що переважно вегетують в одноклітинній формі та розмножуються брунькуванням або поділом. До грибів дріжджі зараховують на основі ряду характерних ознак: наявність ядра, відсутність фотосинтезувальних пігментів і рухомості, наявність глікогену як запасної речовини. У більшості дріжджів клітини безбарвні, деякі види синтезують червоний, оранжевий або жовтий пігменти.

Дріжджі відрізняються за формою вегетативних клітин, статевих спор і культуральними ознаками. Ростуть, як правило, у температурному діапазоні від 0 до 37 °С, можуть розвиватись в аеробних та анаеробних умовах за рН від 3 до 8, нижня межа водної активності становить 0,90— 0,60.

Як і всім грибам, дріжджам притаманний адсорбційний тип живлення. Більшість з них є сапрофітами: існують у філосфері та ризосфері рослин, ґрунті, морській і прісній воді, інших природних субстратах. Розвиваються дріжджі також у шлунково-кишковому тракті, на поверхні шкіри тварин. Одні з них здатні існувати в різноманітних екологічних нішах, інші — тільки в специфічних, різко обмежених умовах. Описано понад 500 видів дріжджів, які належать більш як до 60 родів. Дріжджова клітина — це еукаріотична клітина, яка складається з клітинної стінки, цитонлалми з цитоплазматичною мембраною та органелами. Ядро чітко відособлене і оточене мембраною.

Клітинна стінка. Дріжджова клітина відділена від зовнішнього середовища клітинною стінкою завтовшки 70—350 нм. Основним компонентом клітинної стінки дріжджів є полісахариди (до 60-70 % сухої маси). Крім полісахаридів, у складі клітинної стінки виявлено білки (6-13 % ), ліпіди (2-9 % ) та неорганічні поліфосфати. Основними структурними одиницями полісахаридів є переважно глюкоза і маноза. Як приклад, на рис. 19.1 показана клітинна стінка хлібопекарських дріжджів Saccharomyces cerevisiae, яка складається з фосфоманану, манану, глюкану та білків.

А

Фосфоманан

Білок

Рисунок 19.1- Схематичне зображення структури клітинної стінки дріжджів Saccharomyces cerevisiae (А) та плазматичної мембрани (Б)

Крім гомополімерів, клітинні стінки дріжджів можуть містити і гетерополімери. Так, галактоманани є складовими клітинних стінок у дріжджів родів Trichosporon, Torulopsis. У деяких видів базидіоміцетних дріжджів виявлено ксиломанани. До складу клітинних стінок дріжджів входить також амінополісахарид хітин.

Капсула. Багато які дріжджі, що існують у природних субстратах, бідних на доступні поживні речовини, формують на поверхні клітини капсулу полісахаридної природи. Раніше вважали, що капсула забезпечує прикріплення клітин, перешкоджаючи їх змиванню, а також захищає клітини від дії несприятливих факторів. Пізніші дослідження показали, що наявність капсули зумовлює асиміляцію поживних речовин за умови їх низької концентрації в навколишньому середовищі.

Відмінності у хімічному складі капсульних і позаклітинних полісахаридів дріжджів деякі дослідники розглядають як таксономічну ознаку. Так, фосфоманани є характерними складовими полісахаридів у представників родів Hansenula та Pichia. У дріжджів роду Rhodotorula основним компонентом є манан, у Cryptococcus — кислий гетерополісахарид, який складається з ксилози, манози та глюкуронової кислоти.

Цитоплазматична мембрана складається з подвійного шару ліпідів, який міститься між тонкими шарами білка. Білкові молекули розміщуються не тільки на поверхні мембрани, а й пронизують її наскрізь (див. рис. 19.1). Плазмалема у дріжджів має товщину близько 7 нм, містить приблизно однакову кількість ліпідів і білків і значно менше вуглеводів. Ліпіди представлені в основному моно-, ди- і тригліцеридами, гліколіпідами та невеликими кількостями стеролів (ерго- та зимостерол). Вміст вуглеводів становить 2-10 % маси мембрани. Вуглеводні компоненти присутні у вигляді гліколіпідів і глікопротеїнів.

Ядро оточене ядерною мембраною (двошарова перфорована мембрана). ДНК (носій генетичної інформації) розподілена між хромосомами.

Мітохондрії — сферичні чи паличкоподібні структури, оточені двошаровою мембраною. Складки внутрішньої мембрани утворюють кристи. Внутрішня мембрана містить компоненти електрон- транспортного ланцюга та АТФ-синтазу. У дріжджовій клітині ядро є основним, але не єдиним носієм генетичної інформації. Частина такої інформації міститься в ДНК мітохондрій.

Ендоплазматичний ретикулум являє собою систему мембранних пластин, каналів, бульбашок і цистерн, оточених елементарною мембраною. Функції у дріжджовій клітині: забезпечення внутрішньоклітинного транспорту поживних речовин до місць проходження синтетичних реакцій, участь в обміні вуглеводів, синтезі ліпідів та інших важливих метаболічних процесах.

Лізосоми — внутрішньоклітинні органели, оточені ліпопро- теїдною мембраною. Вони містять набір ферментів, які гідролі-зують білки, полісахариди та нуклеїнові кислоти.

Мікротільця — умовна назва органел — пероксисом, гліокси-сом та ін. Мікротільця містять більш як 20 різних ферментів. Так, у пероксисомах містяться каталаза та пероксидаза. Крім того, в мікротільцях містяться ферменти (З-окиснення жирних кислот, гліоксилатного циклу, дегідрогенази та ін.

Зрілі дріжджові клітини містять велику вакуоль. Функції її точно не встановлені. Показано, що в ній містяться гідролі- тичні ферменти, поліфосфати, ліпіди, низькомолекулярні клітинні інтермедіати та іони металів. Ймовірно, що вакуоль у дріжджовій клітині діє як резервуар для зберігання поживних речовин і гідролітичних ферментів.

Включення — запасні речовини, якими у дріжджів є глікоген (Saccharomyces, Cryptococcus), поліфосфати (волютин) (Sac charomyces), жири у вигляді окремих крапель (Trichosporori) або однієї ліпідної вакуолі (Lipomyces).

Хімічний склад дріжджів

Хімічний склад дріжджів залежить від виду та умов куль­тивування. Дріжджі містять у середньому 75 % води та 25 % сухої речовини, яка має приблизно такий склад, %: неорганічні речовини — 5­10; вуглеводи — 25-50; азот — 4,8-12,0; білки (х 6,25) — 30—75; ліпіди- 2-5. Основними компонентами неорганічних речовин є фосфорна кислота (близько 50 %) та калій (близько 25 %).

У дріжджах містяться незамінні амінокислоти, тому склад дріжджового білка близький до повноцінного, а також ряд вітамінів групи В. Дріжджі здатні до синтезу каротиноїдів (представники родів

Rhodotorula, Sporobolomyces, Rhodosporidium, Sporidiobolus). Вміст каротиноїдів коливається в межах від 80 до 570 мкг/г.

Розмноження дріжджів

Безстатеве розмноження

Розрізняють три типи вегетативного розмноження дріжджів: брунькування, поділ і брунькування, що закінчується поділом. Спосіб вегетативного розмноження є важливим таксономічним критерієм для поділу дріжджів родини Saccharomycetaceae на підродини.

У дріжджів підродини Saccharomycetoideae вегетативне розмно­ження відбувається багатостороннім брунькуванням (рис. 19.2, а), тобто формування бруньок на різних боках материнської клітини.

Для представників підродини Schizosaccharomycetoideae є характерним розмноження поділом — подовження клітини з одного кінця з наступним утворенням поперечної перегородки без звуження (рис. 19.2, б).

а — багатостороннє брунькування; б— поділ; в — біполярне та монополярне брунькування

Рисунок 19.2 - Типи вегетативного розмноження дріжджів.

У процесі брунькування, що закінчується поділом, або біпо­лярного брунькування (підродина Nadsonioideae) формування дочірніх клітин починається з утворення бруньки на вужчій основі, ніж у Schizosaccharomycetoideae, і закінчується появою в основі бруньки перегородки (рис. 19.2, в).

Спосіб утворення клітинної стінки у процесі брунькування також можна розглядати як таксономічну ознаку. У аскомі-цетних дріжджів спостерігається голобластичне брунькування — до утворення нової клітинної стінки бруньки залучаються всі шари клітинної стінки материнської клітини. За гетеробластичного (ентеробластичного) брунькування, яке зустрічається у базидіоміцетних дріжджів, клітинна стінка молодої бруньки утворюється лише в результаті розтягування внутрішнього шару клітинної стінки материнської клітини.

Утворення справжнього та псевдоміцелію. У процесі брунь­кування зрілі бруньки можуть не відділятися від материнської клітини і утворюють грона або ланцюжки клітин. Це приводить до формування псевдоміцелію (рис. 19.3, а, б).

а — примітивний псевдоміцелій; б — диференційований псевдоміцелій; в — справжній міцелій і артроспори; г — міцелій з пряжками

Рисунок 19.3 - Типи міцелію у дріжджів

Справжній міцелій утворюється лише у дріжджів, здатних до розмноження поділом. При цьому гілки різного розміру розростаються в результаті безперервного росту верхівки гіфи, поперечна перегородка між клітинами утворюється без звуження. Міцелій може розпадатися на

частини, в результаті чого формуються одно- клітинні артроспори — оідії (рис. 19.3, в). Утворення міцелію з пряжками (рис. 9.3, г) характерне для базидіоміцетних дріжджів.

Утворення безстатевих спор. Ендоспори — вегетативні клітини, які формуються всередині клітини або гіфи (рис. 19.4, а), їх можна спостерігати в старих культурах дріжджів, вирощених на сусло-агарі, картопляному агарі, солодово-дріжджовому агарі. Утворюються у дріжджів Candida, Trichoeporon, Cryptococcus, Oosporidium.

У деяких видів дріжджів (Candida albicans, С. troplcalis, пред­ставників роду Metschnikowia, іноді у Trichosporon і Cryptococcus) формуються хламідоспори (рис. 19.4, б). Це товстостінні нестатевого походження спори, що утворюються термінально або інтеркалярно в результаті округлення клітин. Містять багато ліпідів.

У

а — ендоспори; б — хламідоспори; в — балістоспори (симетричні та асиметричні)

творення балістоспор — один із способів безстатевого розмноження, що притаманний дріжджам родів Sporobolomyces, Bullera, Sporidiobolus. Ці спори формуються на спеціальних загост- рених виростах вегетативних клітин — стеригмах і при дозріванні викидаються у повітря. Мають характерну форму — шаро-, серпо-, лимоно- та яйцеподібну (рис. 19.4, в).

Рисунок 9.4 - Деякі способи безстатевого розмноження дріжджів

Статеве розмноження дріжджів

За статевого розмноження в результаті мейотичного поділу диплоїдного ядра дріжджів утворюються гаплоїдні спори — аскоспори (ендогенні) та споридії (екзогенні). Дріжджі — різностатеві організми, тому розрізняють гомоталічні (злиття потом-ків однієї спори чи особин, які утворилися з однієї і тієї самої гаплоїдної клітини) та гетероталічні (злиття, або кон'югація, між клітинами — потомками різних гаплоїдних клітин).

Аскоспори утворюються аскоміцетними дріжджами. Найчастіше в аску (сумці) міститься від 1 до 4-8 спор (Saccharomyces, Saccharomycoides), інколи кілька десятків (Lipomyces, Kluyveromyces). Морфологічна різноманітність аскоспор є таксономічною ознакою.

Безстатевий (брунькування) та статевий шляхи розмноження аскоміцетних дріжджів Saccharomyces cerevisiae показані на рис.19.5. У статевому процесі з нормальної диплоїдної клітини (клітина з двома наборами хромосом і відповідно з двома наборами генів) шляхом мейозу (редукційний поділ) утворюється аск, який містить чотири гаплоїдні аскоспори (клітини з одним набором хромосом і одним набором генів). Аскоспори бувають двох типів спарювання: а і а. Брунькуванням клітини кожного типу можуть утворювати інші гаплоїдні клітини. Внаслідок спарювання гаплоїдних клітин а і а утворюється нормальна диплоїд-на клітина а/а. Гаплоїдні клітини одного типу також можуть випадково спарюватись, утворюючи аномальні диплоїдні клітини (а/а або а/а), які розмножуються тільки звичайним безстатевим шляхом — брунькуванням.

Екзогенні статеві спори споридії утворюються у базиді омі цет-них дріжджів. У них після злиття гаплоїдних клітин утворюється двоядерний (дикаріофтний) міцелій, на якому формуються товстостінні, круглі (овальні, гантелеподібні, грушоподібні) клітини, які містять включення ліпідів — тепіо або телейто-спори. Телейтоспори можуть проростати, утворюючи септований (2-4-клітинний) міцелій або несептований (одноклітинний) про-міцелій (ростова гіфа), на якому утворюються споридії.

Рисунок 19.5 - Безстатевий (брунькування) та статевий шляхи розмноження аскоміцетних дріжджів Saccharomyces cerevisiae

Таксономія та систематика дріжджів

Перша наукова класифікація дріжджів була розроблена датським мікологом Е.Х. Хансеном у 1896 р. Він об'єднав дріжджі, які утворюють спори, у вісім родів родини Saccharomycetaсеае. Найвідоміші класифікації, опубліковані в першій половині XX ст.: системи представників голландської школи Дж. Лоддер і Н.Дж.В. Крегер-ван Рій (1952 р.), та радянського вченого В.І. Кудрявцева (1954 р.). Перша класифікація базувалась в основному на морфолого-фізіологічних властивостях дріжджів, друга, крім цих ознак, враховувала належність видів до певних місць існування та їх адаптацію до цих умов. Значний крок у систематиці дріжджів було зроблено застосуванням геносистематики — вивчення життєвих циклів, концепції статі та схрещування. Донедавна більшість дослідників розміщували дріжджі у три підвідділи- аскоміцетових, базидіоміцетових та недосконалих грибів відділу Eumycota царства Mycota. Аскоміцети утворюють сумки з ендогенними статевими спорами, базидіоміцети — теліоспори і базидіоподібні спорофори з екзогенними статевими спорами, дейтероміцети — лише безстатеві спори, вони не мають статевого процесу. У 1984 р. була опублікована класифікація Н.Дж.В. Крегер-ван Рій, яка впродовж майже 16 років вважалась найповнішою (табл. 19.1).

Як і в систематиці прокаріот і мікроміцетів, застосування у дослідженні дріжджів методів молекулярної біології та генетичних методів (результати сиквенування ДНК та РНК, зокрема консервативної 18S рРНК та окремих доменів 28S рРНК, методів рестрикційного аналізу, електрофорезу клітинних білків та ін.) поставили під сумнів існуючу класифікацію дріжджів.

У 1998 р. було опубліковано четверте видання Визначника дріжджів за редакцією американських вчених К.П. Куртцмана та Дж.В. Фела. Згідно з цим виданням аспорогенні дейтероміцетні дріжджі не існують як самостійний окремий таксон, а належать до аско- та базидіоміцетних дріжджів. У 2000 р. було опубліковано філогенетичну класифікацію дріжджів К.П. Куртцма-на (табл. 19.2).

Таблиця 19.1 - Класифікація дріжджів (1984 р.)

Відділ Еиту^а
Підвідділ	Клас	Порядок	Родина	Рід (деякі представники)
Asco-mycotina	Hemiasco- mycetes	Endomycetal es	Spermophtoraceae	Metschnihowla
			Saccharo- mycetaceae	Lipomyces Debaryomyces Hansenula Pichia Saccharomyces
Basidio-mycotina	Basidio-	Filobas diales	Filobasidiaceae	Filobasidium

	mycetes
		Ustilaginales	Дріжджі, які утворюють теліоспори	Rhodosporidium
		Tremellales	Sirobas diaceae Тгетеїіасеае	Sirobasidium Tremella
Deutero-mycotina	Blasto- mycetes		Сгур^соссасеае	Candida Cryptococcus Rhodotorula Trichosporon Trigonopsis
			Sporobolo- mycetaceae	Burella Sporobolomyces

Таблиця19.2 - Положення аспорогенних дріжджів у класифікації Куртцмана (2000 р.)

Клас	Порядок	Родина		Рід (вказані не всі роди)
Heraiascomycetes	Saccharomycetales (синонім Endomycetales)	Candidaceae		Blastobotrys Brettanomyces Candida Sympodiomyces Trigonopsis
Базидіоміцетні дріжджі (Анаморфний таксон)			Sporobolo- mycetaceae		Sporobolomyces Rhodotorula
			Cryptococcaceae		Burelia Cryptococcus Trichosporon

Слід зазначити, що в наш час некоректним є і сам термін

"аспорогенні" (або недосконалі) дріжджі. У зв'язку з тим що ці дріжджі зараховані до аско- чи базидіоміцетів, вважається, що і вони здатні розмножуватись статевим шляхом, проте до цих пір не підібрано (чи не встановлено) умови, в яких статеве розмноження таких дріжджів можливе.

Контрольні питання до теми Т19: