Краткие теоретические сведения по основным темам дисциплины

1. Предмет и задачи микробиологии

Микробиология (от греч. micros – малый, bios – жизнь, logos – учение) изучает строение, жизнедеятельность, закономерности и условия развития организмов малых размеров, видимых с помощью оптических микроскопов. Эти организмы названы микроорганизмами или микробами. К ним относят: бактерии, микроскопические грибы, дрожжи, водоросли, простейшие, вирусы, рикетсии (облигатные внутриклеточные паразиты).

В 1886 году немецкий ученый Э. Геккель предложил для царства микробов (третьего царства живых существ) название протисты от греческого слова protistos – самый первый.

Протисты подразделяются на высших или эукариотов (гр. karion – ядро), клетки которых сходны с растительными и животными клетками, и низших – прокариотов (бактерии и сине-зеленые водоросли). Вирусы, как неклеточные частицы противопоставляются всем остальным организмам, так как не способны к самостоятельному размножению, а только внутри живых клеток.

Микроорганизмы широко распространены во всех областях биосферы (почве, воде, воздухе). Множество живет как на поверхности, так и внутри тела животных и человека, на растениях, на окружающих предметах, пищевых продуктах и т.д. Высокая выносливость и легкая приспособленность к различным условиям существования, способность к быстрому размножению делают их неотъемлемыми невидимыми спутниками, участниками самых различных процессов: круговорота веществ, в плодородии почв, почвообразовании, деструкции ксенобиотиков. С их жизнедеятельностью связано образование каменного угля, нефти, некоторых руд, торфа; в производстве самых различных веществ (ацетона, этилового спирта, органических кислот, витаминов и т.д.).

Задачи современной микробиологии настолько разнообразны и специфичны, что из неё выделились ряд дисциплин – медицинская, ветеринарная, сельскохозяйственная, геологическая, нефтяная, космическая и промышленная микробиологии.

2. Морфология и химический состав клетки – основного объекта биотехнологии

Морфология.Основными формами бактерий являются шаровидная (монококки – одиночные, диплококки – попарно ,тетракокки – четыре, стрептококки – длинные цепочки, сарцина – из 8 клеток, расположенных в два яруса один над другим, стафилококки – напоминающие грозди винограда). Палочковидные – цилиндрические. Извитые и изогнутые бактерии различаются по длине, толщине и степени изогнутости (вибрионы, спириллы, спирохеты). Помимо истинных бактерий имеются нитчатые бактерии, слизистые – миксобактерии, микроскопические грибы – актиномицеты, риккетсии. Размеры и форма тела могут изменяться под влиянием условий среды. Размеры малы и измеряются в мкм (микрометрах) ,1мкм = 1*10³ мм.

Изогнутые формы бактерий все подвижные. Кокковые не способны к передвижению. Среди палочковидных имеются подвижные и неподвижные формы. Передвижение осуществляется жгутиками.

К характерным особенностям бактерий относится способность чрезвычайно быстро размножаться: через каждые 20-30 минут их количество может удваиваться.

Спорообразование происходит исключительно у палочковидных бактерий. Спорообразование процесс сложный и малоизученный. Спорообразование – это процесс приспособления к переживанию неблагоприятных условий среды. Спора развивается из части протоплазмы (цитоплазма с ядерным материалом) материнской вегетативной клетки. Диаметр спор у некоторых бактерий превышает ширину клетки, вследствие чего форма спорообразующих клеток изменяется. Клетки приобретают форму веретена (клостридиум), если спора расположена в центре клетки, или в виде барабанной палочки (плектридиум), когда спора находится на конце клетки. Спорообразующие бактерии аэробные и факультативно-анаэробные называются бациллами, анаэробные - клостридиями. Спорообразующие бактерии могут переходить в аспорогенные формы.

Химический состав микроорганизмов. Для понимания процессов обмена веществ необходимо знать химический состав их тела. Он сходен с химическим составом тела животных и растений.

Важнейшие элементы, которые преобладают в составе клетки – это водород – H, азот – N, сера – S, фосфор – P, калий – K, магний – Mg, кальций – Ca, железо – Fe. Первые четыре элемента называются органогенными, так как составляют основу органического вещества. На них приходится 90-97% сухого вещества (таблица 1).

Таблица 1

Среднее количество отдельных элементов в клетках микроорганизмов

Органогенные элементы	Содержание органогенных элементов в клетках , % на сухое вещество
	бактерий	дрожжей	Плесневых грибов
Углерод	50,4	49,8	47,9
Азот	12,3	12,4	5,3
Водород	6,8	6,7	6,5
Кислород	30,5	31,1	40,2

Остальные элементы называются зольными или минеральными (3-10%). Микроэлементы: медь – Cu, цинк – Zn, марганец – Mn, молибден – Mo и другие. Они выполняют важную роль в процессе жизнедеятельности.

Вода занимает в микробной клетке 75-90% их массы. Часть ее находится в связанном состоянии (с белками, углеводами и другими) и входит в состав клеточной структуры. Остальная вода находится в свободном состоянии и участвует во многих химических реакциях.

Органические вещества. Сухое вещество тела микроорганизма не превышает 15-20%. На органические соединения (белки, жиры, углеводы) приходится до 85-95%.

Пигменты (красящие вещества) содержаться главным образом в клеточном соке и обуславливают окраску бактерий, дрожжей, грибов. У некоторых бактерий они выполняют роль хлорофилла зеленых растений. Некоторые пигменты играют важную роль в процессе дыхания.

Минеральные вещества встречаются в клетках микроорганизмов в виде хлоридов, сульфатов, фосфатов и играют большую роль в регуляции осмотического давления и коллоидного состава цитоплазмы, влияют на скорость и направление биохимических реакции, протекающих в клетке, являются стимуляторами роста и активаторами ферментов.