Морфология и классификация прокариотов и эукариотов. Генетика микроорганизмов

министерство образования и науки рф

ФИЛИАЛ ФГБОУ ВПО «МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТЕХНОЛОГИЙ И УПРАВЛЕНИЯ им. К.Г. РАЗУМОВСКОГО» в г. ВЯЗЬМЕ СМОЛЕНСКОЙ обл.

Реферат

Дисциплина: Основы микробиологии

Тема: Морфология и классификация прокариотов и эукариотов. Генетика микроорганизмов.

Студент: Сергеева Светлана

Руководитель: Дмитриев Анатолий Иванович

Вязьма 2014

Содержание

Введение

.Морфология и классификация прокариотов (бактерий)

.Строение клетки прокариотов

.Биоразнообразие прокариотов

.Морфология и классификация эукариотов (микроскопических грибов и дрожжей)

.Строение клетки эукариотов

.Дрожжи. Общая характеристика

.Генетика микроорганизмов

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Морфология микроорганизмов изучает их внешний вид, форму и особенности строения, способность к движению, спорообразованию, способы размножения. Морфологические признаки играют большую роль в распознавании и классификации микроорганизмов. С древнейших времен живой мир делили на два царства: царство растений и царство животных. Когда был открыт мир микроорганизмов, то их выделили в отдельное царство.

1. Морфология и классификация прокариотов (бактерий)

Прокариоты (бактерии и актиномицеты). Бактерии (прокариоты)-это большая группа микроорганизмов (около 1600 видов), большинство из которых одноклеточные. Форма и размеры бактерий. Основные формы бактерий: шаровидная, палочковидная и извитая. Шаровидные бактерии — кокки имеют обычную форму шара, встречаются уплощенные, овальной или бобовидной формы. Кокки могут быть в виде клеток одиночных — монококки (микрококки) или соединенных в различных сочетаниях: попарно — диплококки, по четыре клетки — тетракокки, в виде более или менее длинных цепочек — стрептококки, а также в виде скоплений кубической формы (в виде пакетов) из восьми клеток, расположенных в два яруса один над другим, — сарцины. Встречаются скопления неправильной формы, напоминающие грозди винограда, — стафилококки. Палочковидные бактерии могут быть одиночными или соединенными попарно — диплобактерии, цепочками по три-четыре и более клеток — стрептобактерии. Соотношения между длиной и толщиной палочек бывают самыми различными.

Извитые, или изогнутые, бактерии различаются длиной, толщиной и степенью изогнутости. Палочки, слегка изогнутые в виде запятой, называют вибрионами, палочки с одним или несколькими завитками в виде штопора — спириллами, а тонкие палочки с многочисленными завитками — спирохетами. Благодаря использованию электронного микроскопа для изучения микроорганизмов в естественных природных субстратах были обнаружены бактерии, имеющие особую форму клеток замкнутого или разомкнутого кольца (тороиды) ; с выростами (простеками); червеобразной формы — длинные с загнутыми очень тонкими концами; а также в виде шестиугольной звезды.

2. Строение клетки прокариотов

Цитоплазма полужидкая, вязкая, коллоидная масса, в нее входят белки, нуклеиновые к-ты, липиды, вода; Цитоплазматическая мембрана обладает полупроницаемостью, богата липидами и ферментами; Рибосомы — синтез белка; Мезосомы — энергетические процессы: окисление орг. в-в, синтез энергозапасающих в-в (АТФ); различные включения, являющиеся запасными питательными в-вами (гликоген, волютин); Ядро отсутствует, но имеется большое кол-во ядерного в-ва, в частности дезоксирибонуклеиновой к-ты (ДНК); Слизистый чехол (полисахариды) — необязательный компонент клетки, предохраняет от высыхания, от мех-ого повреждения, д-ия хим. агентов и лекарственных в-в; Клеточная стенка (также необязательна) состоит из муреинового комплекса (гликопептиды).

В мире прокариотов встречаются разные варианты структур и способов питания; прокариоты проявляют и элементарные, и довольно сложные поведенческие реакции.Бактерии и архей достигли высшего совершенства на низшем уровне биологической организации, соответствующем клетке-организму:

— они используют все структурные детали в рамках прокариотного морфотипа и даже могут образовывать многоклеточные ассоциации;

— они ассимилируют все биологически доступные типы энергии и конструктивных субстратов;

— они занимают все ниши, пригодные для существования живых организмов.

Широкая норма реакции прокариотов позволила им за миллиарды лет биологической эволюции не только выжить в агрессивной абиотической среде, но и дает возможность успешно конкурировать с ядерными химерами.

3. Биоразнообразие прокариотов

Биоразнообразие прокариотов — это набор фенотипов, который Г. А. Заварзин назвал «пространством логических возможностей». Структурные и функциональные признаки прокариотов могут образовывать почти любые сочетания; запрещенные комбинации очень редки (например, плавание при помощи жгутиков несовместимо со скользящей подвижностью, а оксигенная фототрофия — со способностью образовывать эндоспоры).

Биоразнообразие прокариотов в первую очередь выражается в разных типах питания. Оно дополняется цитоморфологическими различиями, а также разнообразием форм поведения. Одна из задач систематики прокариот, как и других живых существ, распределение множества организмов по группам. Для характеристики организмов используют разнообразные признаки: морфологические, цитологические, культуральные, физиологические, биохимические, иммунологические, генетические и др.

В настоящий момент описано около 5,2 × 10³ законных видов бактерий и архей. Это не более 0,3% видового разнообразия ядерных химер.

Однако законные виды прокариотов лишь вершина айсберга. Истинное биоразнообразие прокариотов состоит из четырех качественно и количественно неравноценных пулов.

. Культивируемые объекты. Фенотипически их можно охарактеризовать до той степени, насколько позволяют современные возможности многофакторного анализа.

. Некультивируемые объекты. Сведения об их фенотипе в основном ограничиваются морфологией. При переносе на питательную среду такие объекты испытывают стресс, теряют способность к размножению и переходят в латентное состояние, что не позволяет установить их физиологические свойства.

. Фантомные объекты. Их фенотип неизвестен. Такие объекты выявляются косвенно по присутствию в воде, почве и других природных материалах уникальных последовательностей генов рРНК, которые амплифицируются с помощью PCR-реакции, секвенируются и сравниваются с банком данных.

О существовании огромного разнообразия фантомных форм бактерий и архей стало известно с 1985 г., когда группа американских бактериологов под руководством Нормана Пейса (N.Pace) сообщила свои первые результаты молекулярно-биологического анализа «природной» ДНК.

. Криптические объекты. В отличие от актуалистических, они существуют только «на кончике пера», и их фенотипы можно прогнозировать, комбинируя признаки уже описанных объектов. Современные исследователи дают грубую оценку ожидаемого числа новых генотипов, аппроксимируя график их выявления на протяжении последних лет.

Классификация прокариотов представляет собой один из разделов биологической классификации, со своей спецификой и проблематикой.

Прокариоты — они размножаются исключительно вегетативным способом и теоретически могут проникнуть в любой ареал. Кроме того, им свойствен промискуитет, что выражается в «горизонтальном» переносе генов между неродственными объектами при помощи молекулярных векторов — вирусов и плазмид.

Вид у прокариотов — это совокупность генетически родственных клональных популяций из разных местообитаний или группа генетически родственных коллекционных штаммов.

В таком определении вида важная роль принадлежит понятиям «клон» и «штамм». Эти термины не относятся к таксономическим категориям, хотя они отражают генетическую обособленность культивируемого объекта; в частности, при отсутствии видового эпитета его место занимает регистрационный номер штамма.

Размножение прокариотов происходит агамным путем, т. е. посредством клонирования. В природных популяциях или в лабораторных культурах клонирование происходит спонтанно, и в итоге образуется смесь клонов. Клон у прокариотов — это потомство индивидуальной клетки или индивидуальной квази-многоклеточной структуры (трихома) при размножении в природе или в лаборатории.

С помощью понятия «коллекционный штамм», или просто «штамм» регистрируется самостоятельный акт выделения микроорганизма из природного материала.

Штаммы сохраняются в коллекциях в виде пересеваемых (развивающихся или покоящихся) культур, а также в анабиотическом состоянии.

Коллекционный штамм — это популяция микроорганизма, ставшая объектом хранения или исследования в результате однократного выделения из природного материала.

К перечисленным понятиям необходимо добавить понятие «культура», являющееся одним из важнейших в фундаментальной и прикладной микробиологии.

Как провести границу между видами прокариотов?

Единого фенотипического критерия для этого не существует. В зависимости от выраженности цитологических, физиологических или экологических различий то или иное из них выходит на передний план. По такому же принципу разграничиваются и таксономические группы более высокого ранга.

Генотипический критерий проще стандартизировать, хотя в этом случае границы видов становятся формальными. Их устанавливают путем консенсуса, вторично оценивая молекулярно-генетические различия у «хороших», т. е. четко дифференцируемых и общепризнанных видов.

Согласно рекомендации Международного комитета по систематике бактерий, разными видами являются штаммы, у которых:

содержание ГЦ-пар в ДНК различается больше, чем на 5%;

степень ДНК-ДНК гибридизации меньше, чем 30%;

различие нуклеотидных последовательностей 16S рРНК больше 2%.

Род как центральный таксон в систематике прокариотов; типовой род. Систематика ядерных организмов, особенно тех, которые размножаются половым путем, опирается на фундамент вида. Прокариоты размножаются только агамно, и их популяции не разделены географическими барьерами.

Поэтому фундаментом систематики прокариотов является не вид, а таксон более высокого ранга, который сильнее дивергировал от аналогичного таксона, чем дивергируют виды. В данном случае это род, состоящий из одного или нескольких видов.

Парадоксальность филогенетической системы прокариотов дает о себе знать на уровне рода, а также на уровне таксономических групп более высокого ранга — семейства, порядка, класса, филы и домена.

Из-за «парадоксальной» структуры большинства семейств в систематике прокариотов специфический смысл приобретает такое понятие, как «типовой род». Однако «типовой» не значит типичный, т. е. наиболее характерный. При выборе типового рода, как правило, учитывается приоритет, и чаще всего предпочтение отдается самому раннему диагнозу. Таким образом, типовой род — это «полномочный представитель» семейства. Данный алгоритм применяется и к таксономическим группам более высокого ранга (от семейства до филы).

Названия прокариотов. В большинстве случаев в систематике прокариотов используется бинарная номенклатура, т. е. родовое имя сопровождается видовым эпитетом. Отдельно от других стоят цианобактерии, в систематике которых категория вида используется лишь в виде исключения.

Название вида или таксона более высокого ранга считается законным, если оно входит в «Список признанных названий бактерий» 1980 г.

Новые законные описания должны быть опубликованы в «International Journal of Systematic Bacteriology» (переименован в «International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology» в 2001 г.). Незаконное родовое название вместе с видовым эпитетом ставится в кавычки так же, как нелегитимное название таксона более высокого ранга (например, класс «Alphaproteobacteria»).

В отличие от родовых названий животных и растений, которые в большинстве случаев являются нейтральными именами или отражают морфологические признаки, названия бактерий и архей характеризуют в первую очередь их физиологические свойства. Наряду с этим используются разные смысловые элементы, в том числе произвольного характера.

Родовое имя и видовой эпитет могут содержать по одному смысловому элементу, например Bacillus subtilis («палочка, тонкая») или по 2-4 смысловых элемента, например Ectothiorhodospira halochloris («окруженная серой пурпурная спирилла, имеет отношение к поваренной соли»).

В связи с тем, что многие архей занимают экстремальные ниши, сложилась традиция давать им названия в терминах потустороннего мира, например Acidianus infemus (лат. infernum — ад), Methanotorris igneus (лат. torris — головня и ignis — огонь), Pyrococcus furiosus (лат. furia — ярость) , Stygioglobus azoricus (лат. Styx — река в подземном царстве) , Natronococcus occultus (лат. occultus — потаенный) и т.д.

Прокариоты получают имена согласно правилам Международного кодекса номенклатуры бактерий. Не запрещено, хотя и не рекомендуется увековечивать персон, не имеющих отношения к микробиологии, а также неэтично называть объекты в честь самого себя, своих партнеров и прочих заинтересованных лиц.

В случае некультивируемых форм часто отсутствует информация о важнейших фенотипических признаках, например типе питания. Это делает традиционную классификацию невозможной. Такие организмы не имеют родового имени и видового эпитета, и их обозначают как Candidatus с добавлением предварительного названия, например Candidatus «Scalindua sorokinii».

4. Морфология и классификация эукариотов (микроскопических грибов и дрожжей)

Многие грибы употребляют в пищу, используют в промышленных условиях для получения органических кислот витаминов, ферментов, антибиотиков.

Многочисленные грибы, развивающиеся на пищевых продуктах, промышленных материалах и изделиях, вызывают их порчу и разрушение. Некоторые из них способны вырабатывать токсические для человека и животных вещества — микотоксины. Многие грибы поражают культурные растения в процессе их вегетации, нанося большой урон сельскому хозяйству. Есть грибы, вызывающие заболевания человека и животных.

Строение тела гриба. Вегетативное тело большинства грибов представляет собой грибницу, или мицелий, состоящий из ветвящихся нитей — гиф. Такие грибы называют мицелиальными (или плесенями).

С помощью сканирующего электронного микроскопа установлено (А. А. Кудряшова), что гифы грибов различаются внешним видом, строением стенки, длиной, толщиной и рельефом поверхности. Они могут быть прямыми, изогнутыми, спиралевидными, со вздутиями или утолщениями, с углублениями и короткими отростками "корешками", служащими для прикрепления к субстрату. Поверхность гиф бывает с шипами, гладкой, сетчатой, волокнистой, местами складчатой. Диаметр гиф колеблется от 2 до 25 мкм и более. Гифы растут вершиной или концами разветвлений, поэтому их клетки неоднородны по длине. Мицелий развивается частично в субстрате (субстратный мицелий), пронизывая его и высасывая из него воду и питательные вещества, а частично — на поверхности субстрата (воздушный мицелий) в виде пушистых, паутинообразных или тонких налетов, пленок. Гифы отдельных грибов могут плотно переплетаться и даже срастаться между собой. У некоторых грибов гифы соединяются параллельно в тяжи, достигающие иногда нескольких метров в длину, по ним притекают питательные вещества.

Немногие грибы не имеют мицелия. Это некоторые представители низших грибов, а также дрожжи, которые являют собой одиночные округлые или удлиненные клетки.

Грибы относятся к домену Eukarya, царству Fungi (Mycota, Mycetes). Недавно грибы и простейшие были разделены на самостоятельные царства: царство Eumycota (настоящие грибы), царство Chromista и царство Protozoa. Некоторые микроорганизмы, ранее считавшиеся грибами или простейшими, были перемещены в новое царство Chromista(хромовики). Грибы — многоклеточные или одноклеточные нефотосинтезирующие (бесхлорофильные) эукариотические микроорганизмы с толстой клеточной стенкой. Они имеют ядро с ядерной оболочкой, цитоплазму с органеллами, цитоплазматическую мембрану и многослойную ригидную клеточную стенку, состоящую из нескольких типов полисахаридов (маннаны, глюканы, целлюлоза, хитин), а также белка, липидов и др. Некоторые грибы образуют капсулу. Цитоплазматическая мембрана содержит гликопротеины, фосфолипиды и эргостеролы (в отличие от холестерина — главного стерола тканей млекопитающих). Большинство грибов — облигатные или факультативные аэробы.

Грибы широко распространены в природе, особенно в почве. Некоторые грибы содействуют производству хлеба, сыра, молочнокислых продуктов и алкоголя. Другие грибы продуцируют антимикробные антибиотики (например, пенициллин) и иммунодепрессивные лекарства (например, циклоспорин). Грибы используют генетики и молекулярные биологи для моделирования различных процессов. Фитопатогенные грибы наносят значительный ущерб сельскому хозяйству, вызывая грибковые болезни злаковых растений и зерна. Инфекции, вызываемые грибами, называются микозами. Различают гифальные и дрожжевые грибы.

. Строение клетки эукариотов

Цитоплазма — коллоидный р-р аминокислот, углеводов, минеральных солей в воде (50-60% объема клетки); вязкость превышает вязкость воды в 800 раз; Митохондрии явл. «силовыми станциями» клетки; Рибосомы — органеллы, в которых происходит синтез белка; Лизосомы содержат ферменты, расщепляют чужие биополимеры, обязательно окружены мембраной (Автолиз — самопереваривание клетки, когда клетка старая: разрушаются мембраны); Аппарат Гольджи — упаковка ненужных в-в и транспорт их из клетки через мембрану; Эндоплазматическая сеть связывает ядро с рибосомами, это сложная сис-ма взаимосвязанных каналов, пронизывающих всю толщу клеток (гладкая, шероховатая — связана с рибосомами). Клетка представляет собой сис-му из 2х несмешивающихся между собой фаз: водной (цитоплазма со всеми переходами) и мембранной сис-мой (относительно жидкая, липопротеиновая фаза, которая пронизывает всю цитоплазму).

. Дрожжи. Общая характеристика

Дрожжи являются одноклеточными неподвижными микроорганизмами, широко распространенными в природе; они встречаются в почве, на листьях, стеблях и плодах растений, в разнообразных пищевых субстратах растительного и животного происхождения.

Широкое использование дрожжей в промышленности основано на их способности вызывать спиртовое брожение.

Форма и строение дрожжевой клетки. Форма клеток дрожжей чаще округлая, овально-яйцевидная или эллиптическая, реже цилиндрическая и лимоновидная. Встречаются дрожжи особой формы — серповидные, игловидные, стреловидные, треугольные. Размеры дрожжевых клеток обычно не превышают 10-15 мкм.

Форма и размеры дрожжей могут заметно изменяться в зависимости от условий развития, а также возраста клеток.

Строение клетки дрожжей сходно со строением клетки грибов. Дрожжи обладают всеми основными структурами, характерными для эукариотного типа клетки (ядро, отграниченное от цитоплазмы, эндоплазматическая сеть, аппарат Гольджи, лизосомы, митохондрии, рибосомы, вакуоли). В качестве запасных питательных веществ в клетках обнаруживаются капельки жира, гранулы гликогена, волютина.

7. Генетика микроорганизмов

бактерия спорообразование дрожжевой клетка

Преимущество микроорганизмов над другими организмами состоит, прежде всего, в высокой скорости размножения, гаплоидности и большой разрешающей способности методов генетического анализа этих организмов. Формирование на питательных средах многомиллиардных популяций бактерии в течение суток позволяет проводить быстрый и точный анализ происходящих в них количественных и качественных изменений. Сравнительная простота постановки эксперимента обусловливает эффективность селективного анализа микробной популяции и выделение единичных особей, мутировавших с частотой 10 и выше. Наконец, гаплоидность бактерий, имеющих в отличие от эукариотов одну хромосому, т.е. одну группу сцепления генов, обусловливает отсутствие у них явление доминантности, что способствует быстрому выявлению мутировавших генов.

Материальной основой наследственности, определяющей генетические свойства всех организмов, в том числе бактерий и вирусов, является хромосома, представляющая собой огромную молекулу ДНК в виде двойной спирали, замкнутой в кольцо. Она и является носителем генетической информации. Вдоль хромосомы линейно располагаются генифунхционально неоднородные генетические детерминанты, т.е. фрагменты молекулы ДНК", контролирующие синтез одного белка или пептида. Совокупность генов, локализованных в гаплоидном (одинарном) наборе хромосом данного организма, называется геномом или генотипом. В более широком смысле генотип — совокупность всех наследственных факторов организма, как ядерных (геном), так и неядерных, вне хромосомных (пластидные и цитоплазматические) наследственных факторов. Генотип — носитель наследственной информации, передаваемой от поколения к поколению. Он представляет собой систему, контролирующую фенотип организма. Фенотипом является внешний вид организма со всеми внешними и внутренними признаками. Фенотип бактерий есть результат взаимодействия ее генотипа и среды. Появление в организме новых наследственно передаваемых свойств может быт вызвано разными типами изменений в генетическом аппарате. Источником последовательной изменчивости могут быть мутации генов. Под мутацией понимают внезапные естественные (спонтанные) или вызванные искусственно (индуцированные) стойкие изменения наследственных структур (генов, хромосом), а также обусловленные ими различные изменения свойств и признаков организма. При этом в двойной спирали ДНК могут происходить следующие изменения:

замещение пары оснований, имевшихся в исходной молекуле ДНК другой парой;

выпадение пары оснований из молекулы ДНК;

внедрение новой пары оснований в молекулу ДНК;

инверсия — поворот нескольких пар оснований на 180 ° С.

Таким образом, в основе мутации лежат молекулярные изменения в хромосоме. Мутации у бактерий выявляются при наследственных изменениях любого признака микроба. Классифицируют мутации по происхождению, локализации на хромосоме клетки и другим признакам. Подобное деление носит условный характер. К спонтанным мутациям относят такие мутации, причину возникновения которых трудно и даже невозможно связать с действием определенного фактора (мутагена). Они образуются самопроизвольно в любой популяции микроорганизмов без видимого внешнего воздействия. Спонтанные мутанты образуются до воздействия селекционирующих факторов, которые лишь отбирают признаки, сформировавшиеся в популяции мутировавших бактериальных клеток. Так, например, антибиотикорезистентные клетки просуществуют в чувствительной бактериальной популяции, а не образуются в результате воздействия на нее соответствующего антибиотика. Последний только селекционирует резистентные особи, создавая условия для их размножения. Индуцирующие мутации возникают в результате обработки микроорганизмов мутагенными агентами (ультрафиолетовые и рентгеновые лучи, быстрые нейтроны и протоны, действие температуры, кислоты, щелочи, красители, соли металлов и др.)

Разные мутагены отличаются по активности и механизму действия. Одни вызывают изменения числа и структуры хромосом, другие изменяют последовательность азотистых оснований в молекуле ДНК. Мутагены используются в селекции сельскохозяйственных растений и микроорганизмам с целью получения продуктивных и полезных форм.

Микроорганизмам, как и высшим организмам, свойственны генетические рекомбинации. Рекомбинация — это перегруппировка генетического материала (ДНК) родительских генетических структур (хромосом, плазмид и др.), приводящая к появлению новых сочетаний генов у потомства. Основной механизм рекомбинации — кроссинговер- перекрест хромосом, при котором происходит разрыв участков двух генетических структур, их обмен и воссоединение. У микроорганизмов рекомбинация осуществляется в результате обмена участками двух молекул ДНК, либо их фрагментом. Генетические рекомбинации возникают в результате комплексных процессов, они могут захватывать большие участки хромосомы или происходить в пределах отдельных генов. Существуют специальные гены, детерминирующие рекомбинационную способность клеток — реципиентов.

Передача генетического материала от одних бактерий к другим осуществляется путем трансформации, трансдукции и конъюгации.

Трансформация бактерий — передача наследственных свойств от одних бактерий к другим при помощи экстрагированной ДНК, без прямого контакта клеток донора и реципиента и без участия бактериофага. Явление трансформации установлено у многих бактерий (пневмококки, анаэробы и др.). История открытия феномена трансформации связана с исследованием Ф. Гриффитса (1928 г.), который описал превращение бескапсульного авирулентного пневмококка в капсульный вирулентный вариант. В процессе трансформации различают пять стадий:

. Адсорбция трансформирующей ДНК на поверхности микробной клетки;

. Проникновение ДНК в клетку реципиента;

. Спаривание внедрившейся ДНК с хромосомными структурами клетки; 4. Включение участка ДНК клетки — донора хромосомной структурой реципиента.

. Дальнейшее изменение нуклеоида в ходе последующих делений. Эффективность спаривания трансформирующих ДНК с гомологичным участком хромосомы реципиента зависит от гомологии ДНК донора и реципиента. Чем больше гомология, тем эффективнее спаривание, что определяет конечный результат трансформации, т.е. количество формирующихся рекомбинантов. Трансформировать могут признаки: устойчивость и чувствительность к антибиотикам, способность к синтезу ферментов и т.д. Как правило, при трансформации изменяется один какой-либо признак.

Заключение

Микроорганизмы служат излюбленными объектами для решения общих вопросов генетики, биохимии, биофизики, космической биологии и др. Культуры бактерий применяются для количественного определения аминокислот, витаминов, антибиотиков. Плодородие почв в значительной мере связано с жизнедеятельностью бактерии, минерализующих растительные и животные остатки с образованием соединений, усваиваемых с.-х. растениями.

Вместе с тем, синтезируя живое вещество клеток, бактерии накапливают большие количества органических соединений в почве. В верхних слоях окультуренной почвы на площади в 1 га содержится несколько тонн бактериальных клеток. Живущие в почве азотфиксирующие бактерии обогащают почву азотом. Исключительно велика роль клубеньковых бактерий, фиксирующих газообразный азот. Заражение семян бобовых растений нитрагином — препаратом, содержащим клетки клубеньковых бактерий, повышает урожай растений и накопление азота в почве. С помощью бактерий, сбраживающих пектиновые вещества, осуществляют мочку льна, конопли, кенафа и других лубяных культур. Разные виды бактерии применяют при получении из молока кисломолочных продуктов, масла и сыра.

Список используемой литературы

1.Гринн Н., Стаут У., Тейлор Д. Биология. М., 1990

.Воробьев А.А., Быков А.С. Микробиология и иммунология. М., 1999

.Радчук Н.А., Дунаев Г.В. Ветеринарная микробиология и иммунология. М., 1991

.Новиков Д.К., Генералов ИИ. Медицинская микробиология. Витебск, 2002

.Общая микробиология и иммунология. Солонеко А.А., Гласкович А.А. Минск, 2002

.Галактионов ВТ. Иммунология. М., 2000

. Гольдфарб Д. М., Введение в генетику бактерий, М., 1966;

Источник: www.BiblioFond.ru

ЛЕКЦИЯ №4. ПРИНЦИПЫ КЛАССИФИКАЦИИ ПРОКАРИОТОВ

4.2. Классификация прокариотов

Нумерическая таксономия может быть полезна при оценке степени сходства между таксонами невысокого ранга (виды, роды), но прямого отношения к созданию филогенетической системы прокариот не имеет. Наиболее полно задача быстрой идентификации бактерий решается с помощью Определителя бактерий Берджи, выпускаемого Обществом американских бактериологов (слайд 4.11). Первое издание определителя было выпущено в 1923 г. группой американских бактериологов под руководством Д. Х. Берджи (D. H. Bergey, 1860-1937);девятое издание в 4 томах вышло в1984-1989гг., десятое – издается в2001-2009гг.

В девятом издании Определителя бактерий Берги все обнаруженные организмы, отнесенные в царство Prokaryotae, разделены на 35 групп. Признаки, по которым осуществляется разделение на группы, относятся к категории легко определяемых и вынесены в названия групп (слайд 4.12).

Представленная в Определителе бактерий Берджи система классификации является строго идентификационной и не решает задачи выявления эволюционных связей между прокариотами.

Важный шаг на пути создания естественной систематики прокариот связан с успехами молекулярной биологии. Оказалось, что бактерии могут быть классифицированы путем сравнения их геномов. Карл Вёзе (1977) разработал наилучшую до этого времени концепцию филогенетического древа не только для бактерий, но и для эукариотов. В качестве филогенетического маркера он использовал последовательность оснований олигонуклеотидов рРНК 16S (у прокариот) и 18S (у эукариот). Эти маркеры наиболее соответствуют необходимым требованиям: универсальности, гомологичности (изофункциональности) и генетической стабильности (слайд

4.13).

Рибосомы обнаружены у всех клеточных форм жизни, что указывает на их древнейшее происхождение; их функции всегда одинаковы; первичная структура характеризуется высокой консервативностью.

К настоящему времени последовательности 16S и 18S рРНК изучены у многих организмов, принадлежащих к разным царствам живой природы. На основании полученных данных были рассчитаны коэффициенты сходства и выявлены три группы организмов: эукариоты, эубактерии (сюда же попали 16S рРНК митохондрий и хлоропластов) и архебактерии.

Хотя клетки архебактерий структурно относятся к прокариотному типу, они построены из макромолекул, многие из которых являются уникальными и не синтезируются ни эукариотами, ни эубактериями. Архебактерии осуществляют ряд биохимических процессов, не свойственных остальным живым организмам и существуют в экстремальных условиях. На основании этого был сделан вывод, что архебактерии представляют собой самостоятельный таксон. В то же время анализ генов показал, что Eucaryotae иArchaebacteria имеют общее происхождение и таким образом являются сестринскими таксонами, тогда какEubacteria представляет собой отдельную эволюционную линию, которая ответвилась раньше от общего корня (слайд 4.14).

Микробиология с основами вирусологии. Конспект лекций

-33-

Источник: StudFiles.net

Для установления принадлежности микроба к данному виду используют разные определители. Наиболее признан Определитель Берги, который издается с 1923 года. Последние издания – 9 и 10, содержат наиболее полное представление о системе микроорганизмов и их разделении на группы.

Царство Procaryotae по Определителю 1984 г. разделено на 4 отдела.

Отдел 1. Gracilicutes. Грациликутные или тонкостеночные. Организмы разной морфологии с грамотрицательными клеточными оболочками. Размножение – бинарное деление, почкование или множественное деление. Спор не образуют. Многие подвижные: жгутики или скольжение. Аэробные и анаэробные, или факультативно анаэробные. Отдел включает 3 класса: нефотосинтезирующие кл. Scotobacteria, фотосинтезирующие
кл. Anoxyphotobacteria, кл. Oxyphobacteria.

Отдел включает 9 секций, сюда относят группы спирохет, спирилл и род Bdellovibrio – паразитирующий в клетках других бактерий, палочки и кокки, риккетсии и хламидии.

Отдел 2. Firmicutes. Организмы с грамположительной клеточной стенкой. Толстостеночные кокки, палочки или нитчатые формы.

Размножаются бинарным делением. Некоторые образуют эндоспоры, у других – споры на гифах или в спорангиях. Передвигаются с помощью жгутиков, большинство неподвижно. Аэробы, анаэробы, факультативные анаэробы. По морфологии предложено деление на два класса: класс Firmibacteria (кокки, палочки, неветвящиеся нити); класс Thallobacteria (ветвящиеся формы).

Отдел 3. Tenericutes. Мягкостеночные. Относятся прокариоты, у которых отсутствует клеточная стенка и не синтезируются предшественники пентидогликана. Клетки окружены ЦПМ, плейоморфны. Размножение – бинарным делением, почкованием, фрагментацией. Окрашивание по Граму – отрицательно.

Характерно образование мелких, врастающих в огар колоний. Могут быть сапрофитами, паразитами или патогенными формами. Представлены одним классом: Mollicutes. В секцию входят микоплазмы. К молликутам относят эндосимбионтов простейших грибов.

Отдел 4. Mendosicutes (mendosus – ошибочный). Объединены прокариоты, претендующие на более раннее происхождение, чем формы включенные в I и II отделы. Клетки разной формы – кокки, палочки, нити. Многие – плейоморфны. Большинство имеют клеточную стенку, но она не содержит типичного пептидогликана, может быть построена только из белковых макромолекул или гетерополисахаридов, по Граму окрашиваются и Г- и Г+; большинство – строгие анааэробы, многие имеют жгутики. Характеризуются экологическим и метаболическим разнообразием, способностью жить в экстремальных условиях.

Царство Eubacteria по Определителю Берги 1994 года включает
20 групп микроорганизмов.

Группа 1. Спирохеты.

Группа 2. Грамотрицательные аэробные или микроаэрофильные спиралевидные и извитые бактерии.

Группа 3. Грамотрицательные аэробные палочки и кокки.

Группа 4. Грамотрицательные факультативно анаэробные палочки.

Группа 5. Диссимилирующие, сульфат и серу редуцирующие бактерии.

Группа 6. Грамотрицательные анаэробные кокки.

Группа 7. Риккетсии и хламидии.

Группа 8. Фототрофные бактерии.

Группа 9. Хемолитотрофные бактерии.

Группа 10. Почкующиеся и стебельковые бактерии.

Группа 11. Фломы с влагалищем или слизистой оболочкой.

Группа 12. Скользящие бактерии, образующие плодовые тела.

Группа 13. Грамположительные, образующие эндоспоры, палочки и кокки.

Группа 14. Грамположительные, не образующие эндоспоры, палочки и плейоморфные формы.

Группа 15. Грамположительные палочки.

Группа 16. Микобактерии.

Группа 17. Актиномицеты.

Группа 18. Микоплазмы.

Группы 19. Анаэробные нефиламентные и филаментные палочки.

Группа 20. Эндосимбионты.

Царство Archaebacteria.

Группа 1. Метанопродуцирующие бактерии.

Группа 2. Сульфатредуценты.

Группа 3. Halobacteriaceae.

Группа 4. Архебактерии с особой клеточной стенкой.

Группа 5. Экстремальные термофильные, серометаболизирующие бактерии.

 

Рис. 2. Пути клеточной эволюции. Тонкими стрелками обозначено эволюционирование разных групп прокариот, в том числе давших начало митохондриям (1), хлоропластам (2), эукариотному ядру и цитоплазме (3). Жирными стрелками обозначено эволюционирование разных групп эукариот

 

Классификация бактерий по Определителю Берги (Берджи)

 

Источник: poznayka.org

Признаки прокариотической клетки

Прокариоты по-другому называют доядерными. У прокариотической клетки нет ядра и других органоидов, имеющих мембранную оболочку (митохондрий, эндоплазматического ретикулума, комплекса Гольджи).

Также характерными чертами для них являются следующее:

1. ДНК без оболочки и не образует связей с белками. Информация передаётся и считывается непрерывно.
2. Все прокариоты – гаплоидные организмы.
3. Ферменты располагаются в свободном состоянии (диффузно).
4. Обладают способностью к спорообразованию при неблагоприятных условиях.
5. Наличие плазмид – мелких внехромосомных молекул ДНК. Их функция — передача генетической информации, повышение устойчивости ко многим агрессивным факторам.
6. Наличие жгутиков и пилей – внешних белковых образований необходимых для передвижения.
7. Газовые вакуоли – полости. За счёт них организм способен передвигаться в толще воды.
8. Клеточная стенка у прокариот (именно бактерий) состоит из муреина.
9. Основными способами получения энергии у прокариот являются хемо- и фотосинтез.

К ним относятся бактерии и археи. Примеры прокариотов: спирохеты, протеобактерии, цианобактерии, кренархеоты.

Бактерии

Представители этого царства являются одними из самых древних жителей Земли и обладают высокой выживаемостью в экстремальных условия.

Различают грамположительные и грамотрицательные бактерии. Их главное отличие заключается в строении мембраны клеток. Грамположительные имеют более толстую оболочку, до 80% состоит из муреиновой основы, а также полисахаридов и полипептидов. При окрашивании по Граму они дают фиолетовый цвет. Большинство этих бактерий являются возбудителями заболеваний. Грамотрицательные же имеют более тонкую стенку, которая отделена от мембраны периплазматическим пространством. Однако такая оболочка обладает повышенной прочностью и гораздо сильнее противостоит воздействию антител.

Бактерии в природе играют очень большую роль:

1. Цианобактерии (сине-зелёные водоросли) помогают поддерживать необходимый уровень кислорода в атмосфере. Они образуют больше половины всего О2 на Земле.
2. Способствуют разложению органических останков, тем самым принимая участие в круговороте всех веществ, участвуют в образовании почвы.
3. Фиксаторы азота на корнях бобовых.
4. Очищают воды от отходов, к примеру, металлургической промышленности.
5. Являются частью микрофлоры живых организмов, помогая максимально усваивать питательные вещества.
6. Используются в пищевой промышленности для сбраживания Так получают сыры, творог, алкоголь, тесто.

Археи

Ранее их объединяли с бактериями в единое царство Дробянок. Однако со временем выяснилось, что археи имеют свой индивидуальный путь эволюции и сильно отличаются от остальных микроорганизмов своим биохимическим составом и метаболизмом. Выделяют до 5 типов, самыми изученными считаются эвриархеоты и кренархеоты. Особенности архей таковы:

• большинство из них являются хемоавтотрофами – синтезируют органические вещества из углекислого газа, сахара, аммиака, ионов металлов и водорода;
• играют ключевую роль в круговороте азота и углерода;
• участвуют в пищеварении в организмах человека и многих жвачных;
• обладают более стабильной и прочной мембранной оболочкой за счёт наличия эфирных связей в глицерин-эфирных липидах. Это позволяет археям жить в сильнощелочных или кислых средах, а также при условии высоких температур;
• клеточная стенка, в отличие от бактерий, не содержит пептидогликана и состоит из псевдомуреина.

Строение эукариотов

Эукариоты представляют собой надцарство организмов, в клетках которых содержится ядро. Кроме архей и бактерий все живые существа на Земле являются эукариотами (к примеру, растения, простейшие, животные). Клетки могут сильно отличаться по своей форме, строению, размерам и выполняемым функциям. Несмотря на это они сходны по основам жизнедеятельности, метаболизму, росту, развитию, способности к раздражению и изменчивости.

Эукариотические клетки могут превышать в размерах прокариотические в сотни и тысячи раз. Они включают в себя ядро и цитоплазму с многочисленными мембранными и немембранными органоидами. К мембранным относятся: эндоплазматический ретикулум, лизосомы, комплекс Гольджи, митохондрии, пластиды. Немембранные: рибосомы, клеточный центр, микротрубочки, микрофиламенты.

Проведем сравнение клеток эукариотов разных царств.

К надцарству эукариот относятся царства:

• простейшие. Гетеротрофы, некоторые способны к фотосинтезу (водоросли). Размножаются бесполым, половым путём и простым способом на две части. У большинства клеточная стенка отсутствует;
• растения. Являются продуцентами, основной способ получения энергии – фотосинтез. Большая часть растений неподвижны, размножаются бесполым, половым и вегетативным путём. Клеточная стенка состоит из целлюлозы;
• грибы. Многоклеточные. Различают низшие и высшие. Являются гетеротрофными организмами, не могут самостоятельно передвигаться. Размножаются бесполым, половым и вегетативным путём. Запасают гликоген и имеют прочную клеточную стенку из хитина;
• животные. Различают 10 типов: губки, черви, членистоногие, иглокожие, хордовые и другие. Являются гетеротрофными организмами. Способны к самостоятельному передвижению. Основное запасающее вещество – гликоген. Оболочка клеток состоит из хитина, также как у грибов. Главный способ размножения – половой.

Таблица: Сравнительная характеристика растительной и животной клетки

Сравнение прокариот и эукариот

Особенности строения прокариотической и эукариотической клеток значительны, однако одно из главных различий касается хранения генетического материала и способа получения энергии.

Прокариоты и эукариоты фотосинтезируют по-разному. У прокариот этот процесс проходит на выростах мембраны (хроматофорах), уложенных в отдельные стопки. Бактерии не имеют фторой фотосистемы, поэтому не выделяют кислород, в отличие от сине-зелёных водорослей, которые образуют его при фотолизе. Источниками водорода у прокариот служат сероводород, Н2, разные органические вещества и вода. Основными пигментами являются бактериохлорофилл (у бактерий), хлорофилл и фикобилины (у цианобактерий).

К фотосинтезу из всех эукариот способны только растения. У них имеются специальные образования – хлоропласты, содержащие мембраны, уложенные в граны или ламеллы. Наличие фотосистемы II позволяет выделять кислород в атмосферу при процессе фотолиза воды. Источником молекул водорода служит только вода. Главным пигментов является хлорофилл, а фикобилины присутствуют лишь у красных водорослей.

Основные различия и характерные признаки прокариотов и эукариотов представлены в таблице ниже.

Таблица: Сходства и различия прокариотов и эукариотов

Отличия прокариот и эукариот

Сходство и различия прокариотических и эукариотических клеток

Вывод

Сравнение прокариотического и эукариотического организма достаточно трудоёмкий процесс, требующий рассмотрения множества нюансов. Они имеют между собой много общего в плане строения, протекающих процессов и свойств всего живого. Различия же кроются в выполняемых функциях, способах питания и внутренней организации. Тот, кто интересуется данной темой, может воспользоваться данной информацией.

Источник: uchim.guru

Выделим основные принципы классификации прокариот

Прокариоты можно разделить по типу обмена веществ:

• Гетеротрофные прокариоты. Это бактерии, которые обитают в других органических веществах. Среди таких бактерий встречаются:
• Свободноживущие формы, такие, как сапротрофы, к ним относят кисломолочные бактерии, которые используют для изготовления кисломолочной продукции и при квашении, также есть вид сапотрофов, который используют для отбеливания тканей изо льна. В природе же, эти свободноживущие бактерии функционируют как редуценты (минерализаторы) и деструкторы;
• Нахлебники – комменсалы, к ним относится всем знакомая кишечная палочка, толстый кишечник человека и животных значительно заполняют именно эти бактерии, они способствуют вырабатыванию некоторых витаминов, которые не дают развиваться болезнетворным бактериям. Однако, не все виды кишечной палочки полезны для человека, некоторые, а именно энтериты, могут вызывать воспаления кишечника, тогда этот вид считается паразитом. Также комменсалы можно встретить и вне человеческого организма, они еще обитают в воде и в почве, такой вид кишечной палочки называется сапротрофным. Такой вид бактерий, как кишечная палочка, является главным объектом сегодняшних биотехнологий и широко применяется в различных научных исследованиях.

Облигатные и факультативные паразиты.

• Автотрофные прокариоты. Бактерии, которые способны фиксировать углекислый газ. Во многих экосистемах автотрофы способны синтезировать органические вещества от неорганических. Автотрофные прокариоты, в свою очередь, делятся на:
• хемоавтотрофы, которые способны к хемосинтезу, т.е. для того, чтобы удержать углекислый газ они берут энергию, которая выделяется после химических реакций. Такие автотрофы обеспечивают круговорот таких важных элементов, как азот, железо и сера.
• Фотооавтотрофные прокариоты – бактерии, которые способны к фотосинтезу, т.е. использую энергию света для того, чтобы удержать углекислый газ. Многие прокариоты этого вида умеют переходить от одного вида питания к другому.

Прокариоты делятся по типу энергетического обмена:

• Аэробы – к ним относятся стафилококки.
• Облигатные анаэробы – представителями являются возбудители газовой гангрены – клостридии.
• Факультативные анаэробы – холерный вибрион.
• Азотфиксаторы – особая группа прокариот. Эти бактерии переводят азот, который содержится в атмосфере в аммиачную форму, которая доступна только высшим растениям. Такие бактерии широко применяются в выращивании бобовых культур. Эти бактерии вносят в почву при посадке семян, таким образом, они обогащают почву азотом.
• Болезнетворные или патогенные прокариоты. Эти виды прокариот вызывают инфекционные заболевания. К этим бактериям относятся клостридии, которые вызывают столбняк и ботулизм, сальмонеллы, вызывающие пищевые отравления, паратиф и брюшной тиф, стрептококк, из-за которого появляется ангина или скарлатина, холерный вибрион, и различные возбудители дизентерии, чумы, пневмонии, сибирской язвы, гонореи, столбняка и других опасных заболеваний. Такие инфекции уже много лет остаются настоящим бичом человечества, так как мы не в силу предсказать появление новых бактерий. Для борьбы с болезнетворными бактериями нужно проводить целый комплекс мер: соблюдение гигиены, диеты, исключающие продукты с содержанием бактерий, прививки. Очень важно, чтобы ваш врач поставил вам правильный диагноз. Также нужно изолировать больного от людей, пока ему не станет лучше, потому что такие бактерии очень легко переходят от человека к человеку.

Источник: mikrobiki.ru