Бактериальная микрофлора водоемов осуществляет процессы деструкции орг в-в, а минерализация сопровождается накоплением биомассы бактерий

26. Микрофлора почвы. Почва — главный резервуар и естественная среда обитания микроорганизмов, принимающих участие в процессах ее формирования и самоочищения, а также в круговороте веществ (азота, углерода, серы, железа) в природе. Помимо неорганических веществ, почва состоит из органических соединений, образующихся в результате гибели и разложения живых существ. Микроорганизмы почвы обитают в водных и коллоидных плёнках, обволакивающих почвенные частицы. Состав микрофлоры почвы разнообразен и включает преимущественно спорообразующие бактерии, актиномицеты, спирохеты, архебактерии, простейшие, сине-зелёные водоросли, ми-коплазмы, грибы и вирусы. Состав микрофлоры зависит от вида почвы, способов её обработки, содержания органических веществ, влажности, климатических условий и других причин. Подавляющая часть микроорганизмов нах-ся в почве в адсорбированном состоянии. И лишь незначительное их число переходит в почвенный раствор. Большая часть микроорганизмов преобладает в неактивном состоянии – в виде эндоспор, микроцист. Вся масса микроорганизмов составляет пул почвы (ее микробный запас). Роль пула – поддержание гомеостаза – равновесия микролокуса по содержанию орг. и мин.в-в. Структура каждого микролокуса гетерогенна и включает в себя 3 фазы: жидкую, твердую, газообразную. Твердая – минеральные компоненты и органические вещества, в твердой фазе основная часть микроорганизмов. Их адсорбированное состояние обеспечивает микроорганизмам непосредственный контакт с питательным субстратом, предотвращает их вымывание/выветривание, повышает устойчивость к неблагоприятным условиям. Жидкую почву составляет почвенный раствор, поднимающися по капиллярам. Из почв р-ра микроорганизмы усваивают жидкость и пит.в-ва. Газовый состав отлич-ся от атомосферного: больше углекислого газа (от 0,1 до 1,5), относительно меньше кислорода (от 2 до 16). Содержание их в почве определяет соотношение аэробных и анаэробный микр-в.

В составе почвенной микрофлоры определяют несколько основных групп:

1.зимогенная микрофлора. это сапрофитные микроорганизмы, ведущие процесс минерализации.

2.автохтонная микрофлора – микроорг-мы, разлагающие гумус.

3 .олиготрофная микрофлоа. Завершают минерал-цию орг опада в почве.развиваются засчет минимальных концентраций орг. В-в. Выделяются олигонитрофилы (нуждаются в мин конц-ции орг азотсодер-ч в-в.), олигокарбофилы (потребляют остаточне углеродсод-е соед-я).

4.автотрофная микрофлора. в качестве источника используют углекислый газ и карбонаты.

Микроорганизмы распределены в почве неравномерно. На поверхности и в верхних слоях (толщиной 1-2 мм) их относительно мало из-за микробицидного действия солнечных лучей и высушивания. Наиболее многообразна и многочисленна микрофлора почвы на глубине 10-20 см, где протекают основные процессы превращения органических веществ, обусловленные деятельностью микробов. В глубоких слоях почвы микрофлора становится скудной. особенно насыщена микробами околокорневая (ризосферная) зона растений [от греч. rhiza, корень], образующими зону интенсивного размножения и повышенной активности, специфичную для каждого вида растений. В ризосфере представлены азотфиксирующие микр-мы: неспоровые бактерии(клубеньковые и фотосинтез-е), микобактерии, маслянокислые, водоросли.

27. Классификация прокариот. Нумерическая таксономия. Признаки микроорганизмов, используемые в систематике. Серодиагностика. Классификация – распределение организмов в соответствии с их общими свойствами по различным таксонам.

Таксономия – наука о методах и принципах классификации организмов в соответствии с их иерархией. Наиболее часто используемые таксоны- штамм, вид, род. Последующие более крупные таксоны - семейство, порядок, класс.

Нумерическая (численная) таксономия основывается на использовании максимального количества сопоставляемых признаков и математическом учете степени соответствия. Предложена М. Адансоном. Степень сходства устанавливается на основании количества совпадающих признаков и выражается в виде коэффициента сходства.

Систематика бактерий строилась на принципах ботанической и зоологической систематики, но они оказались полезными только для построения искусственной системы и практической классификации.

Систематика - это наука о разнообразии организмов, изучающая связи между различными группами организмов и устанавливающая закономерности, присущие этим связям.

Составляющими систематики являются - классификация,таксономия,номенклатура,диагностика, идентификация.

Составляющими систематики являются - классификация,таксономия,номенклатура,диагностика, идентификация.

Классификация - это разбиение множества организмов на таксоны. Задача классификации - выявление наиболее существенных признаков и свойств, по которым множество организмов можно разбить на подмножества.

Таксономия - наименование таксонов, установление их границ и отношения подчинения. Таксономия раскрывает порядок в биологическом разнообразии и рассматривается как теория классификации. Задача таксономии - идентификация основных таксономических единиц, установление их расположения.

Вид Ì Род Ì Семейство Ì Порядок Ì Класс Ì Отдел Ì Царство

Species Genus Familia Ordo Classis Divisio Kingdom

Regnum

Номенклатура - сборник правил наименования таксонов. Задачей номенклатуры является обеспечение устойчивости и правильности названий таксонов. Основным принципом номенклатуры является принцип приоритетности, т.е. правильным названием считается только первое, присвоенное данному организму.

Диагностика - способ отыскания заданного таксона.

Идентификация - определение принадлежности изучаемого организма к таксону. Целью её является определение принадлежности исследуемого организма, выделенного из природы, к ранее описанным родам и видам, т.е. устанавливается идентичность изолятов с уже известными организмами.

Видам дается биноминальное название, состоящее из двух латинских слов. Первое, существительное, обозначает род и пишется с прописной буквы; второе, прилагательное и пишется со строчной буквы. Например, Staphylococcus aureus, Proteus vulgaris и т.д.

В классификации бактерий используется большое число морфологических, культуральных, физиолого-биохимических признаков. Морфологические признаки определяются визуально и с помощью различных методов микроскопирования. Визуально характеризуется морфология колоний: размер (в мм), вид поверхности, консистенция, структура, форма, высота, профиль, вид края колонии и т.д. С помощью микроскопа описывают форму и размер клеток, их объединения, подвижность, определяют отношение к окраске по Граму, выявляют наличие спор и образование цист. Культуральные признаки включают характер роста в жидких питательных средах (формирование пленки на поверхности среды, равномерное помутнение среды, придонный рост и т.д.), рост на различных по составу плотных питательных средах.

Физиолого-биохимические признаки: способ получения энергии, источники углерода, потребность в ростовых веществах, температурные границы роста; границы рН, обеспечивающие рост; осмоустойчивость и др.; конститутивные и индуцибельные ферменты для использования специфических субстратов.

Серологические (или серодиагностика)(от лат. serum – сыворотка) критерии систематики основаны на специфических реакциях взаимодействия антигенов (компоненты клеточных стенок, жгутиков, капсул, ДНК и токсинов) идентифицируемых микроорганизмов с антителами,содержащимися в сыворотках. Между антигенами и соответствующими им антителами происходит связывание, что положено в основу методов серологической диагностики.Такие серологические реакции, как агглютинация, преципитация,связывание комплемента, иммунофлуоресценция, иммуноферментный и радиоиммунный анализ, позволяют легко и быстро проводить предварительную идентификацию микроорганизмов.Методы серологии нашли широкое применение в медицинской бактериологии используются в двух целях:

а) обнаружение (индикация) бактериальных антигенов и их идентификация;

б) обнаружение специфических антител к бактериям.

Классическими методами выявления бактериальных антигенов являются реакции агглютинации, преципитации и гемолиз сенсибилизированных эритроцитов, названные так по их проявлению (образование комков, легкого помутнения, растворения эритроцитов). Ценность этих методов заключается в том, что они позволили ввести в классификацию бактерий, главным образом патогенных, новые признаки - антигенную структуру. У бактерий выявлено несколько типов антигенов: соматические и липополисахаридные (О-антигены), жгутиковые (Н-антигены), капсульные (К-антигены), антигены вирулентности (Vi-антигены), белковые (М-, Т- и Р-антигены), рибосомные, ДНК-овые. По специфичности различают общие, типо- и группоспецифические антигены.Различают простые и сложные серологические реакции. К простым относятся реакции агглютинации и преципитации.

28. Геносистематические и хемосистематические подходы в классификации прокариот. В 60-х гг. XX века было установлено, что все свойства организма определяются уникальными химическими молекулами – ДНК, поэтому бактерии могут быть классифицированы путем сравнения их геномов. По такому признаку, как генетический материал, оказалось возможным на основании выявления степени сходства делать вывод о степени родства между организмами (геносистематика).

Изучение последовательности 16S и 18S рРНК более чем у 400 организмов, принадлежащих к разным царствам живой природы, расчеты коэффициентов сходства сравниваемых организмов привели к выявлению трех групп организмов, различающихся прокариотным и эукариотным типом клеточной организации.

Одну образуют все эукариоты: высшие растения, животные, грибы, водоросли и т.п. В эту группу не вошли органеллы эукариот (митохондрии, хлоропласты). Первая группа представлена ядерно-цитоплазматическим компонентом эукариотных клетое.

Ко второй группе, получившей название истинных бактерий, или эубактерий, относится подавляющее большинство прокариот.

В третью группу вошли некоторые малоизученные прокариоты, обитающие в экстремальных условиях: метанобразующие бактерии, экстремальные галлофилы и термоацидофилы. Эта группа организмов получила название архебактерии.

В систематике бактерий в качестве таксономического маркера широко используется структура клеточной оболочки и химический состав ее компонентов(хемосист ематика). По этим признакам бактерии были разделены на 4 крупные таксономические единицы.

Отдел 1. Gracilicutes. Организмы с разной морфологией, имеющие грамотрицательную клеточною стенку. Размножение в основном бинарным делением, в некоторых группах – почкованием, в одной – множественным делением. Спор нет. Многие подвижны с помощью жгутиков или скольженья. Аэробные, анаэробные или факультативные формы. Отдел подразделяется на 3 класса: нефотосинтезирующие (Scotobacteria) и фотосинтезирующие (Anoxyphotobacteria, Oxyphotobacteria) организмы.

Отдел 2. Firmicutes. Организмы с грамположительной клеточной стенкой. Размножаются в основном бинарным делением. Некоторые образуют эндоспоры. У других споры на гифах или в спорангиях. Движение с помощью жгутиков. Большинство неподвижные. Аэробные, анаэробные, факультативно анаэробные формы. В зависимости от морфологии деление на 2 класса: Firmibacteria (кокки, палочки, неветвящиеся нити) и Thallobacteria (ветвящиеся формы).

Отдел 3. Tenericutes. Прокариоты без клеточной стенки и не синтезируют предшественников пептидогликана. Клетки окружены ЦПМ, чрезвычайно плеоморфны. Размножение бинарным делением, почкованием, фрагментацией. По Граму, не окрашиваются. Характерно образование мелких, врастающих в агар колоний. Могут быть сапрофитами, паразитами или патогенами. Представлены одним классом Mollicutes.

Отдел 4. Mendosicutes. Прокариоты, претендующие на более раннее происхождение. Клетки разной формы. Многие плеоморфны. Большинство имеют клеточную стенку, но она не сожержит типичного пептидо гликана и может состоять из белка или гетерополисахаридов. Грам- или Грам+. В основном строгие анаэробы. Многие имеют жгутики. Экологически и метоболически разнообразны, способны жить в экстремальных условиях. Объединены в класс Arhaeobacteria.

29. Характеристика архебактерий. Архебактерии, их место в эволюции. Группы архебактерий. Архебактерии обладают рядом уникальных общих свойств, благодаря которым их выделили в отдельный класс.1. Их клеточная стенка не имеет пептидогликана муреина, вместо ко-

торого в состав клеточной стенки входят кислые полисахариды, белкиили псевдомуреин, не содержащий в отличие от муреина мурамовой ки-

слоты, а в пептидных мостиках – D-аминокислот. Вместо ацетилмурамовой кислоты в состав муреина входит ацетилталозаминуроновая кислота,что определило устойчивость архебактерий к антибиотикам, нарушающим синтез клеточных стенок у эубактерий, – пенициллину, ампициллину, D-циклосерину и т. п. 2. Мембраны архебактерий не содержат в составе липидов сложных эфиров глицерина и жирных кислот, а представлены особыми бифитанильными глицериновыми эфирами, образованными путем конденсации глицерина с терпеноидными спиртами.

3. В тРНК архебактерий изменена общая для всех других организмов петля тимин–псевдоуридин–цитидин, в которой вместо тимина присут-

ствуют другие основания.

4. Наличие в генах, кодирующих тРНК, интронов, которые имеются только в эукариотических геномах, но отсутствуют у большинства эубак-

терий.

5. Наличие в геноме архебактерий многократно повторяющихся последовательностей, что характерно для хромосомной ДНК эукариот. В области нуклеоида у архебактерий содержатся белки гистоны.

6. Архебактерии имеют более сложную структуру аппаратов трансляции и транскрипции. ДНК-зависимая РНК-полимераза, осуществляю-

щая процесс транскрипции у архебактерий, состоит из 9–12 субъединиц,у эубактерий – из 4–8 субъединиц. РНК-полимераза архебактерий, по-

добно таковым у эукариот, не ингибируются рифампицином, их активность стимулируется силибином.

7. Рибосомы архебактерий содержат относительно больше белков,чем рибосомы эубактерий, причем они представлены более кислыми

формами по сравнению с белками рибосом эубактерий. Кроме того, процесс биосинтеза белков у архебактерий не ингибируется такими анти-

биотиками, как хлорамфеникол и стрептомицин.

8. Особенностью конструктивного метаболизма архебактерий является отсутствие фиксации СО2 в цикле Кальвина. Основным путем авто-

трофной его фиксации является восстановительный путь карбоновых кислот в различных его модификациях, присущий и некоторым эубактери-

ям.

9. Архебактерии неспособны использовать сложные высокомолекулярные соединения. Среди них не обнаружено активных продуцентов

гидролитических ферментов, что, возможно, является одной из причин отсутствия патогенных и паразитических форм.

10. Некоторые архебактерии, в частности метаногенные, синтезируют уникальный набор коферментов, не встречающийся у других организ-

мов, например кофермент М, никельтетрапиррольный фактор F430, фактор F420 (производное 5-деазафлавина), тетрагидрометаноптерин, мета-

нофуран и др.

11. Архебактерии занимают необычные, часто экстремальные по условиям окружающей среды высокоспециализированные экологические

ниши.

12. Морфология клеток архебактерий беднее, чем эубактерий. Среди них нет мицелиальных, стебельковых и трихомных форм, преобладают

сферические и цилиндрические клетки, а также необычные плоские клетки, имеющие вид пластинок и коробочек разнообразной геометриче-

ской формы, сходные с кусочками битого стекла, что присуще только архебактериям.

Среди архебактерий есть литоавтотрофы и гетеротрофы, аэробы и анаэробы. Между отдельными представителями архебактерий имеются различия в отношении морфологии, клеточных компонентов, особенностей метаболизма.

Группа 1. Метаногены - признаком которых является способность образовывать метан как конечный продукт энергетического метаболизма. Строгие анаэробы. Облигатные и факультативные хемолито- и хемоорганотрофы. Энергию получают путем восстановления СО₂ (или формиат, ацетат, соединения, содержащие метильную группу, формиат, ацетат, соединения, содержащие метильную группу)до метана с использованием молекулярного водорода.Широко распространены в почвах, илах, желудочно-кишечном тракте животных и т.д.Клеточные стенки могут содержат псевдомуреин, или окружены чехлом.

Группа 2. Сульфатредуцирующие археи - строго анаэробные формы, образующие сероводород из сульфата в ходе диссимиляционной сульфатредукции. Эти организмы представляют собой кокковидные клетки неправильной формы, часто треугольные, одиночные или в парах, со жгутиками или без них. Грамотрицательные. Образуют зеленовато-черные гладкие колонии диаметром 1-2 мм.Виды выделены из мелководных и глубоководных морских гидротермальных экосистем.

Группа 3. Экстремально галофильные аэробные архебактерии (галобактерии) - отличаются способностью развиваться на средах с высокими концентрации поваренной соли. Клетки кокковидные или в форме неправильных палочек. Подвижные за счет пучка полярных жгутиков или неподвижные. Грамотрицательные (палочки) или грамвариабельные (кокки). В природе встречаются в местообитаниях с повышенной соленостью (соленых озерах, щелочных озерах, естественных солеварнях и засоленных почвах, соленой рыбе и т.д.). Один из видов встречается в белковых продуктах, сильно просоленных выпариваемой на солнце грубой солью из рапы.

Группа 4. Архебактерии, лишенные клеточной стенки - термоацидофильные микоплазмы, представленные одним родом Thermoplasma.

Это плеоморфные клетки - от сферической до нитевидной. Клетки лишены клеточной стенки и окружены лишь клеточной мембраной толщиной около 7 нм. Липиды клеточной мембраны представлены дибифитонильными (С₄₀) диглицерольными тетраэфирами. Грамотрицательные; могут быть подвижными и обладать жгутиками.

Облигатные термофилы; диапазон температуры для роста 33-67^оС; облигатные ацидофилы; растут при рН 0,5-4,0.

Группа 5. Экстремальные термофилы и гипертермофилы, метаболизирующие S^o-

- палочки, нити, кокки или дисковидные клетки; споры или покоящиеся стадии не описаны.

Местообитания - континентальные сульфатарные поля или морские гидротермальные системы, горячие источники на склонах вулканов.

Вхождение метаногенов в состав архебактерий указывает на их древнейшее происхождение. Метаногены могли возникнуть околог 3-3,5 млрд назад. Предшественниками их могли быть первично анаэробные бродильщики, поскольку метаногены обладают более высокоорганизованным механизмом получения энергии по сравнению с брожением. Но последующее уменьшение в биосфере молекулярного водорода привело к тому, что метаногены оказались тупиковой ветвью.