2 курс / Микробиология 1 кафедра / Доп. материалы / Микробиология_Нанобиотехнологии_А_А_Адиева_2016_пособие
.pdfМИНОБРНАУКИ РОССИИ
ДАГЕСТАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Адиева А.А.
МИКРОБИОЛОГИЯ. Нанобиотехнологии.
Учебное пособие
Махачкала Издательство ДГУ
2016
УДК 579616:663.1
Адиева А. А.
Микробиология. Нанобиотехнологии: учебное пособие. – Махачкала: Издательство ДГУ, 2016. – 206с.
ISBN
Учебное пособие составлено на основе программ по микробиологии и нанобиотехнологии в биохимии и в пищевой промышленности. Рассчитан на студентов, магистров и аспирантов биолого-технологических специальностей.
Рецензенты: А.А.Кущ – руководитель отдела молекулярной вирусологии НИИ вирусологии им. Д.И.Ивановского Минздрава России.
Г.Г. Миллер – руководитель лаборатории смешанных инфекций ФГБУ «Научно-исследовательский институт эпидемиологии и микробиологии им. Н.Ф.Гамалея» Минздрава России.
Издается по решению редакционно-издательского совета Дагестанского государственного университета
©Адиева А.А., 2016
©Издательство ДГУ, 2016
Содержание |
|
Предисловие ………………………………………………………………….… 4 |
|
Тема 1. «Введение в микробиологию» ............................................................... |
5 |
Тема 2. «Классификация и систематика микроорганизмов. Критерии |
|
определения микроорганизмов. Строение микроорганизмов» ...................... |
11 |
Тема 3. «Морфология микроорганизмов» ......................................................... |
22 |
Тема 4. «Физиология микробов» ....................................................................... |
32 |
Тема 5. «Влияние условий внешней среды на микробы» ................................ |
40 |
Тема 6. «Распространение микробов в природе» ............................................. |
43 |
Тема 7. «Микробиология основных пищевых продуктов» ............................ |
47 |
Тема 8. «Биотехнология» .................................................................................... |
56 |
Тема 9. «История возникновения и основные принципы нанотехнологий» |
..58 |
Тема 10. «Наноструктуры на основе органических веществ» .......................... |
|
Тема 11. «Нанотехнологии в технической биохимии» .................................... |
85 |
Тема 12. «Пищевые инфекционные заболевания» ........................................... |
93 |
Тема 13. «Пищевые отравления и глистные заболевания» ............................. |
99 |
Тема 14. «Основные сведения о гигиене и санитарии труда» ...................... |
109 |
Тема 15. «Санитарно-эпидемиологические требования в пищевой |
|
промышленности» ............................................................................................. |
117 |
Тема 16. «Санитарно-эпидемиологические требования к кулинарной |
|
обработке пищевых продуктов и приготовлению блюд» .............................. |
127 |
Тема 17. «Санитарно-эпидемиологические требования к транспортированию |
|
пищевых продуктов» ....................................................................................... |
140 |
Тема 18. «Дезинфекция. Дезинсекция. Дератизация» ................................. |
144 |
Контрольные и тестовые задания .................................................................. |
147 |
Литература ........................................................................................................ |
203 |
ПРЕДИСЛОВИЕ
Вселенная состоит из живой и неживой материи. Представителей живой природы условно можно разделить на две большие группы: макромир и микромир. К макромиру относятся все те представители живой материи,
которых мы видим невооруженным пазом: животные, растения, птицы,
насекомые, гельминты и т.д. К микромиру относятся многочисленные микроорганизмы, а также более просто устроенные формы живой материи,
такие как вирусы и прионы, которые невидимы невооруженным глазом, но которых можно наблюдать с помощью оптических приборов - микроскопов.
Заселившие Землю примерно 4 миллиарда лет назад микроорганизмы и в настоящее время являются самой многочисленной группой живых существ,
составляя третье царство, которое по предложению Геккеля (1866) имеет собирательное название – протисты. В свою очередь, протисты подразделяются на высшие и низшие. Высшие протисты, клетки, которых сходны с животными и растительными клетками, являются эукариотами. К
низшим протистам относятся бактерии (включая и риккетсии) и сине-
зеленые водоросли, сильно отличающиеся по строению своих клеток от всех других организмов и имеющие общее название – прокариоты.
По своему химическому составу все живые существа нашей планеты во многом сходны. Их важнейшими компонентами являются ДНК, РНК, белок.
Основная физическая единица живого так же универсальна – это клетка.
Однако строение клеток прокариот (бактерий и сине-зеленых водорослей), с
одной стороны, и клеток животных и растений (в том числе микроскопически малых) – эукариот, с другой стороны, позволяют говорить о весьма существенных различиях между двумя этими группами.
Прокариотов можно рассматривать как реликтовые формы,
сохранившиеся с давних времен, а появление эукариотических форм рассматривают как гигантский скачок в эволюции организмов. Однако микроорганизмы, и, в частности, прокариоты, испытывая непрерывное
влияние окружающей среды, пожалуй, как ни одна другая форма жизни,
постоянно эволюционируют.
Современную микробиологию можно определить как науку,
изучающую строение, биологию, экологию микробов - мельчайших форм жизни животного и растительного происхождения, невидимых невооруженным глазом. Она делится на ряд разделов и дисциплин, прежде всего на общую и частную. Общая микробиология но методам познания делится на анатомию (строение), физиологию, биохимию, генетику,
экологию и эволюцию микроорганизмов. Частная микробиология по объектам изучения делится на медицинскую, ветеринарную,
сельскохозяйственную, морскую, космическую, техническую.
Медицинская микробиология изучает микробов, патогенных для человека; ветеринарная - болезнетворных для животных;
сельскохозяйственная - вызывающих заболевания у растений. Морская и космическая микробиология изучают микробов, обитающих в морях и океанах, водных бассейнах или в космическом пространстве.
Техническая микробиология изучает и реализует в практике возможности и свойства микробов синтезировать и производить в процессе своей жизнедеятельности ценные для человека продукты, например сахара,
спирты, углеводы, белки, в том числе ферменты, кислоты и т.д. На базе технической микробиологии возникла биотехнология.
Тема 1. «Введение в микробиологию»
Вопрос 1. Предмет и задачи микробиологии
Вопрос 2. Краткая история развития микробиологии.
Вопрос 3. Современная микробиология. Приборы изучения микроорганизмов
Вопрос 1. Предмет и задачи микробиологии
Микробиология — наука о живых организмах, невидимых невооруженным человеческим глазом, размерами менее 1 мм .
Объектами микробиологии являются прокариотические организмы – бактерии и археи, а также эукариоты – простейшие, микроскопические водоросли, низшие грибы.
Микроорганизмы населяют все экологические ниши и живут там, где развиваются животные и растения, а также во многих других ареалах, в
которых не могут развиваться другие живые организмы – при высоких (до
113С) и при низких (до -36С) температурах, высоких (до 1400 атм) давлениях,
при полном отсутствии кислорода, в условиях высокой солености (в
насыщенных растворах NaCI), при высокой кислотности (рН 0-1) и
щелочности (рН до 11). Микроорганизмы – прокариоты могут развиваться в скальных породах на глубине до 6 км, на вершинах высоких гор (6-7 км), в
безводных пустынях, на поверхности зданий, сооружений и памятников.
Споры микробов чрезвычайно устойчивы, они могут выдерживать условия космического пространства и выживать в течение 20-30 млн лет (например, в
кишечнике пчелы, замурованной в кусочке янтаря).
Пища является благоприятной питательной средой для развития микробов, которые своим действием могут изменить свойства и качество пищи, делая ее опасной для здоровья человека.
Знание основ микробиологии необходимо работникам общественного питания для правильного понимания роли микробов в развитии пищевых инфекций и отравлений, а также для осуществления мер по их предупреждению.
Название «микробиология» происходит от трех греческих слов: mikros —
малый, bios — жизнь и logos — учение. Микробиология — это одна из биологических наук, изучающая микроорганизмы, их морфологию,
систематику, генетику, физиологию, распространение в природе.
Микроорганизмы (микробы) — это мельчайшие живые организмы, которые находятся вокруг нас: в воздухе, воде, почве, продуктах. Микроорганизмы нельзя увидеть невооруженным глазом.
Темпы обмена веществ и роста у бактерий в сравнении с растениями и животными соответственно в 1000 и 50 000 раз выше.
К микроорганизмам относятся бактерии, дрожжи, микроскопические грибы, вирусы и другие. Они способны существовать в различных условиях. Основная часть микроорганизмов — одноклеточные, но имеются и многоклеточные.
Вопрос 2. Краткая история развития микробиологии.
Микробы были открыты в 1661 году голландским естествоиспытателем Антони ван Левенгуком (1632—1723), сконструировавшим микроскоп, ко-
торый увеличивал изображение до 160—200 раз. Через этот прибор он
наблюдал мир мельчайших существ в различных средах, впоследствии описав их в своей книге «Тайна природы».
Французский ученый Луи Пастер (1822—1895) впервые установил связь между микроорганизмами и процессами, происходящими в природе
(брожение). Исследования природы брожений стали продолжением работы по выяснению причины прокисания вина. Работы по изучению возбудителей
«болезней» пива и вина позволили Л.Пастеру предложить способ тепловой обработки этих продуктов, предохраняющий их от порчи, который получил название «пастеризация». Они же навели ученого на мысль о том, что микроорганизмы являются возбудителями и инфекционных заболеваний человека. Впоследствии он доказал, что ряд болезней человека и животных возникает от болезнетворных микробов, разработал вакцины против бе-
шенства и сибирской язвы, применение которых предупреждает воз-
никновение этих грозных заболеваний. Работы велись параллельно в Париже (Л. Пастер) и Берлине (Р.Кох).
Немецкий бактериолог Роберт Кох (1843—1910) внес большой вклад в микробиологию, разработав методы исследования микробов и питательные среды для их выращивания. Он открыл возбудителей туберкулеза и холеры и сформулировал триаду, получившую его имя, для доказательства микробной этиологии заболевания: 1. Микроорганизм должен присутствовать в материале больного 2. Выделенный в чистой культуре должен вызывать ту же болезнь 3. Возбудитель при экспериментально вызванном повторном заболевании должен снова быть выделен в чистую культуру, и две эти чистые культуры должны быть идентичными. Знаменитая чашка Петри и бактериальные форфоровые фильтры Шамберлана также были впервые применены сотрудниками института Р.Коха.
Развитие микробиологии связано с именами выдающихся русских ученых.
И.И. Мечников (1845—1916) открыл защитные свойства организма,
создал учение о невосприимчивости (иммунитете) организма к заразным заболеваниям.
С.Н. Виноградский (1856-1953) — основоположник учения о роли микробов в плодородии почвы и в круговороте веществ. Виноградский и М.Бейеринк независимо друг от друга показали, что фиксацию молекулярного азота способны проводить только микроорганизмы, и
выделили свободноживущих и симбиотических азотфиксаторов.
Д.И. Ивановский (1864—1920) открыл вирус табачной мозаики, впервые обнаружив существование ультрамалых микроорганизмов-вирусов и поло-
жил начало науке по изучению фильтрующихся вирусов — вирусологии.
Академик А.А. Лебедев изобрёл электронный микроскоп, изучением генетики микроорганизмов занимались А.Н. Белозерский и А.С. Спирин, Н.Ф.
Гамалея (1859— 1949) впервые установил существование паразитов микробов
— бактериофагов, микробиологический путь получения аминокислот предложен Н.А. Красильниковым, витамина В12 с помощью метаногенных микрооргнанизмов – В.Н. Букиным и В.Я.Быховским.
Вопрос 3. Современная микробиология. Приборы изучения
микроорганизмов
В развитии современной микробиологии необходимо выделить следующие основные направления:
- фундаментальные исследования (выяснение путей метаболизма,
выделение, очистка ферментов, регуляция обмена веществ)
-систематика микроорганизмов (построение филогенетического древа)
-экологическая микробиология (роль микрорганизмов в природных экосистемах и пищевых цепях)
-популяционная микробиология (выяснение природы межклеточных контактов и взаимосвязь клеток в популяции)
-медицинская, ветеринарная и сельскохозяйственная микробиология
- техническая (промышленная) микробиология (включает все
практические аспекты).
Основными методами микробиологических исследований являются:
-микроскопия (световая, люминесцентная, лазерная, электронная)
-выделение чистых культур и контролизуемое культивирование
-аналитические методы (физико-биохимические, генетические,
молекуцлярно-биологические и т.д.)
Одним из основных приборов для изучения строения клетки микроорганизмов является световой микроскоп, дающий увеличение изображения примерно в 3000 раз. При помощи электронного микроскопа можно видеть тончайшие детали строения клетки и ее органоидов.
Электронный микроскоп способен увеличивать изображение объекта исследования в сотни тысяч раз. Исследователи научились изучать не только фиксированные, но и живые клетки. Для исследования отдельных органоидов используются мощные центрифуги, развивающие десятки тысяч оборотов в минуту. Возникающая при этом центробежная сила отделяет фракции органоидов в зависимости от их массы и плотности. На более низкой скорости отделяются ядра. В выделенных фракциях изучают не только их структуру и состав, но и процессы.
Вопросы для самоконтроля.
1.Что изучает микробиология?
2.Каковы задачи микробиологии пищевых производств?
3.Назовите объекты исследования пищевой микробиологии.
4.Каковы основные свойства микроорганизмов?
5.Какие периоды в развитии микробиологии Вам известны?
6.Охарактеризуйте морфологический период развития микробиологии.
7.Почему Антоний Ван Левенгук по праву считается основоположником микробиологии?
8.Какие открытия совершил Луи Пастер?