Прокариоты

1.

ПРОКАРИОТЫ
ЭЛЕКТРОННОЕ УЧЕБНОЕ
ПОСОБИЕ ПО БИОЛОГИИ ДЛЯ
УЧАЩИХСЯ 10-Х КЛАССОВ
Авторы: Белоусов Д.Л., Приймак Т.В.
МОУ «Лицей №13», г. Троицк
Челябинской области

2. Содержание

История развития микробиологии…………………5
Строение бактериальной клетки…………………..7
Классификация бактерий…………………………...10
Рост и размножение бактерий……………………..17
Методы микробиологических исследований…….22
Значение бактерий…………………………………...29
Инфекционные болезни……………………………..32
Пути передачи инфекции……………………………35
Борьба с вредным влиянием бактерий…………...36
Имммунитет……………………………………………37

3.

ПРОКАРИОТЫ – древнейшие организмы, имеющие простое,
малодифференцированное строение клетки, не обладающие
четко оформленным ядром и хромосомным аппаратом.
Прокариоты в 1866 году были выделены в самостоятельное
царство. В него вошли: бактерии, сине-зеленые бактерии
(цианеи), риккетсии, микоплазмы и ряд других мелких
организмов (более 6000 видов).
Бактерии – мельчайшие организмы размером от 0,1 до 10 мкм.
Их можно разглядеть только под микроскопом, поэтому их часто
называют микробами.
Изучением бактерий и других прокариот занимается наука
микробиология.
МИКРОБИОЛОГИЯ
БАКТЕРИОЛОГИЯ
МИКОЛОГИЯ
ВИРУСОЛОГИЯ
Изучает бактерий
Изучает грибы
Изучает вирусы

4.

Прокариоты объединены в надцарство Доядерные
организмы, в котором лишь одно царство – царство
Дробянок.
Царство Дробянки
п/царства
Архебактерии
В клеточной стенке
нет муреина.
Липиды мембран
содержат
изопреноидные
углеводороды.
Являются первыми
организмами на
Земле.
Метаногенные,
Галобактерии,
Серозависимые.
Оксифотобактерии
Настоящие
бактерии
Являются
обитателями всех
экологических сред.
Различаются по
питанию, дыханию,
форме, строению
клеточной стенки.
Вызывают брожение,
гниение и минерализацию орг. веществ.
Являются возбудителями болезней
растений, животных и
человека.
Отдел Цианобактерии
(сине-зеленые водо-росли).
Клеточная стенка содержит
муреин и целлюлозу,
способны фотосинтезировать
(гранулы хлорофилла,
красные и голубые
пигменты). Обитают в воде.
Древнейшие автотрофные
организмы.
Отдел Хлороксибактерии. Шаровидные
организмы, способные к
фотосинтезу (хлорофилл a,b)

5. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ МИКРОБИОЛОГИИ

Луи Пастер
В 1695 г. вышла монография по
бактериям Антони ван Левенгука.
Основателем науки
«Микробиология» является
французский химик Луи Пастер,
который изучил биохимические
процессы бактерий, разработал
методы диагностики инфекционных
заболеваний, меры борьбы с вредным
влиянием бактерий и технологию
приготовления вакцин.
Немецкий врач Роберт Кох открыл
возбудителя туберкулеза и
разработал метод выделения чистых
культур на плотных питательных
средах, изобрел туберкулин.
(1822 – 1895)
Роберт Кох
(1843 – 1910)

6.

Илья Ильич
Мечников
(1845 – 1916)
Дмитрий Иосифович
Ивановский
(1864 -1920)
И.И. Мечников разработал методику получения иммунных сывороток,
создал учение об антагонизме бактерий и теорию иммунитета, открыл
явление фагоцитоза.
Д.И. Ивановский в 1892 году открыл новые микроорганизмы – вирусы.
Термин «вирусы» ввел в 1899 г. Мартин Бейеринк.
В 1910 г. Ховард Риккетс описал возбудителя сыпного тифа,
заразился и умер, а в 1916 г. этот возбудитель отнесли к новому роду –
«риккетсиям».

7. СТРОЕНИЕ БАКТЕРИАЛЬНОЙ КЛЕТКИ

1. капсула, 2. клеточная стенка, 3.цитоплазматическая мембрана, 4. протопласт, 5. базальное
тельце жгутика, 6. жгутик, 7. пили, 8. нуклеоид
(цепочка ДНК), 9. мезосомы, 10. рибосомы,
11.вакуоли и включения.
Клеточная стенка бактерий
состоит из муреина (комплекс
полисахаридов и белков).
Мезосомы –внутренние
складчатые выпячивания
цитоплазматической
мембраны, на которых
осуществляется кислородное
окисление органических
веществ (клеточное дыхание).
Нуклеоид – кольцевая нить
ДНК, в которой заключена
наследственная информация.
Пили – короткие реснички,
предназначенные для
сцепления бактерий и конъюгации.

8.

Многие бактерии подвижны и имеют
жгутики (состоят из одной
микротрубочки). Расположение
жгутиков может быть полярным (рис.:
а-монотрих, б-лофотрих) или по всей
поверхности (в-перитрих).
Некоторые паразитические бактерии
окружены слизистой капсулой,
служащей защитой от фагоцитов
хозяина, а во внешней среде – от
высыхания или избыточного
поступления воды.
Особо патогенные (болезнетворные)
бактерии образуют при попадании в
неблагоприятную среду споры –
овальные образования, содержащие
ДНК и рибосомы, и окруженные
многослойной оболочкой (много Ca),
что позволяет им существовать в
неактивной форме до 1000 лет.
Рис. Стадия спорогенеза у бацилл.

9. МНОГООБРАЗИЕ БАКТЕРИЙ

Бактерии освоили самые разнообразные среды обитания. Они
живут в почве, воде, воздухе, на внешних покровах и внутри
растений и животных, даже в горячих источниках.
Численность их огромна (в 1 г почвы до 500 млн.), т.к. очень
велико их значение в биосфере – они разрушают
органические вещества до минеральных, участвуя в
круговороте веществ (редуценты в пищевой цепи).
Некоторые бактерии способны к фиксации атмосферного
азота, другие же могут жить в отсутствии кислорода
(анаэробы).
Бактерии различаются: по способу использования
органических веществ (по питанию), по дыханию, по форме
строения клетки и подвижности .

10. КЛАССИФИКАЦИЯ БАКТЕРИЙ 1. По питанию (способу добывания пищи):

Бактерии
Автотрофы
Фотосинтетики
Имеют пигмент
хлорофиллин:
Зеленые и
пурпурные
серобактерии
Хемосинтетики
Используют
энергию,
полученную при
окислении
неорганических
веществ:
железобактерии,
нитрофицирующие бактерии
Гетеротрофы
Сапрофиты
Извлекают
питательные
вещества из
мертвого
органическог
о материала
Паразиты
Симбиоты
Тесно
связаны с
жизнью
других, чаще
высших
организмов
Живут и
питаются
внутри
живого
организ
ма

11. 2. По морфологии (по внешней форме)

Шаровидные (кокки)
1. Монококки (гонококки)
2. Диплококки (в капсуле)
3. Тетракокки и сарцины
1
4. Стрептококки
5. Стафилококки
2
Стафилококки и
стрептококки в
гное.
Диплококк
(пневмококк) в
мокроте.
3
4
5

12.

Палочковидные
1. Бактерии (имеют самую
разнообразную форму.
Сапрофиты и паразиты; рис.1)
2. Спорообразующие:
2.1. Бациллы (спора не
превышает диаметра клетки и
располагается в центре:
возбудитель Сибирской язвы,
рис.2)
1
2
3
4
2.2. Клостридии (спора на
конце палочки – возбудитель
Столбняка, или в центре, но
значительно превышает
диаметр клетки – возбудитель
Ботулизма; рис.3 и 4)
Туберкулезные микобактерии в мокроте.
Окраска по Цилю – Нильсену.

13.

Извитые:
1. Вибрионы (изогнуты в
форме запятой: возбудитель
Холеры)
2. Спириллы ( длинные
спирально-закрученные
палочки: возбудитель
Лептоспироза)
1
2
3
3. Спирохеты (длинные
извитые палочки,
факультативные и облигатные
паразиты: возбудители
Сифилиса и Боррелиоза)
Боррелии возвратного тифа в крови.
Окраска по Романовскому – Гимзе.

14. Микроорганизмы, окрашенные различными методами

1. Туберкулезные микобактерии в молоке. 2. Пастереллы в крови
птиц. 3. Капсулы сибиреязвенных бацилл. 4. Споры
сибиреязвенных бацилл. 5. Споры столбнячных бацилл в культуре.
6. зерна волютина в дифтерийных коринебактериях.

15.

7. Бактерии рожи свиней в печени.
8. Клостридии эмкара в мазке из
некротизированной мышцы.
9. Бруцеллы в смешанной культуре.
10. Стрептококки в молоке.
11. Кишечная палочка в мазке из
агаровой культуры.
12. Азотбактерии.

16. 3. По дыханию (по степени потребности в молекулярном кислороде)

Дыхание бактерий
Аэробы
Факультативные
Используют
кислород воздуха
для окисления
органических
веществ
Могут жить в той или
другой среде, но
предпочитают
(интенсивно
размножаются)
определенную,
например,
факультативный
анаэроб (кишечная
палочка, молочнокислые бактерии)
(микобактерии
туберкулеза)
Анаэробы
Живут в
бескислородной
среде и получают
энергию в
результате
брожения
(клостридии)

17.

Взаимодействие бактерий
Симбиоз
«Кефирные зерна»
- молочнокислые
бактерии
(разлагают лактозу
молока) + дрожжи
(сбраживают
моноуглеводы до
спиртов)
Метабиоз
Продукты
жизнедеятельности
одних бактерий
создают условия для
развития других :
гнилостные –
нитрофицирующие –
денитрофицирующие
– аэробы – анаэробы.
Антагонизм
Развитие одних
подавляет развитие
других за счет
выработки кислот,
токсинов, ферментов,
антибиотиков:
молочнокислые
бактерии подавляют
развитие гнилостных
бактерий в кишечнике.

18. Рост и размножение бактерий

Рост –увеличение массы бактерий за счет роста клеток и размножения.
При благоприятных условиях для бактерий характерно бесполое размножение (простое бинарное деление клеток). Перед делением происходит
репликация ДНК, во время которой мезосомы удерживают геном в
определенном месте.
У бактерий наблюдается примитивное половое размножение (обмен
генетическим материалом): конъюгация - между клетками образуются половые
пили, по которым происходит обмен особыми участками ДНК – F-факторами
(плазмидами), несущими информацию о новых приспособительных свойствах (см.
рис.)
Рис. Конъюгация и перенос F-фактора: 1репликация, перенос (2) и синтез 2-ой цепи (3).
Микрофотография конъюгации бактерий

19. Все бактерии очень быстро размножаются. Между каждым делением их клеток проходит от нескольких минут до 3-5 часов

Скорость деления бактериальной клетки
Скорость удвоения массы
белков у разных
организмов
Организмы
Время удвоения массы
белков
Кр. рог. скот
4-5 лет
Свиньи
4-5 мес.
Цыплята
1 мес.
Высшие раст.
1- 4 мес.
Бактерии
1 – 5 час.
Дрожжи
1 – 5 час.

20. Рост и развитие популяций бактерий

Рис. Типичная кривая роста популяции
бактерий на питательной среде.
Интервал между делениями
бактерий называется временем
генерации
При попадании бактерий на
питательную среду наблюдается
последовательная смена фаз их
размножения.
Лаг-фаза (1-2 ч.) – очень слабое
размножение, идет адаптация к среде.
Логарифмическая фаза (4-5 ч.) –
бактерии растут с максимальной
скоростью (log 2).
Стационарная фаза – скорость роста
равна нулю (число размножающихся =
числу погибающих) из-за конкуренции
за пищевые ресурсы.
Фаза замедленного роста –
ускорение гибели клеток из-за
накопления продуктов обмена.

21. Контрольные вопросы

1. Каково строение бактериальной клетки?
2. Какие морфологические формы бактерий знаете и в чем их
отличие друг от друга?
3. Какова роль капсулы в жизнедеятельности бактерий?
4. Для чего нужны споры некоторым бактериям?
5. В каких частях бактерий происходят энергетические
процессы окисления органических веществ?
6. Кто такие факультативные аэробы и анаэробы?
7. Как размножаются бактерии в благоприятных и
неблагоприятных условиях среды? Что такое конъюгация?
8. Почему нет роста популяции бактерий в стационарную
фазу?

22. МЕТОДЫ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Микробиологические исследования
Основные
Микроскопические
Культуральные
Дополнительные
Биопроба
Серологические
Биохимические
Вид бактерий
(окончательный
ответ исследований)
Аллергические
Изучение антигенных,
патогенных и вирулентных свойств

23. МИКРОСКОПИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Для микроскопических исследований (изучение бактерий под микроскопом)
используют несколько типов микроскопов: 1. биологический, 2.
люминисцентный, 3. электронный.
С помощью этих исследований определяют: подвижность (метод «висячей
капли», морфологию, наличие капсул и спор (приготовление
фиксированных мазков с последующей окраской: по Граму, ЦилюНильсену, Бурри-Гинсу и др.)
1
2
3

24. КУЛЬТУРАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Рис. Типы колоний
Рост колоний E. coli на
среде Эндо
Посев на специальные питательные среды (универсальные: МПБ,
МПА или дифференцированные: среда Китт-Тароцци, Гисса, Эндо
и др.) – жидкие или твердые (используют агар-агар).
На питательных средах бактерии образуют колонии,
отличающиеся (в зависимости от вида) по форме, размеру, цвету,
структуре.

25. Биохимические исследования

1. Посев «чистых» колониальных культур на «пестрый ряд» жидкие питательные среды с
разными моноуглеводами и
индикатором Андреде для
определения ферментативных
свойств бактерий. При
расщеплении углеводов
образуются кислые продукты,
изменяется цвет среды
(индикатор рН) и выделяется газ).
2. Реакция на аммиак
(лакмусовой бумагой под
пробкой).
3. Реакция на сероводород
(бумага с ацетатом свинца
чернеет ).
4. Обнаружение каталазы.
Рис. «Пестрый» ряд: а-ферментация
углеводов, б-отсутствие ферментации, виндолообразование, г-образование
сероводорода.

26. Биопроба

Рис. Внутрибрюшинное заражение белой
миши.
Силу возбудителя (вирулентность)
выражают в летальных дозах, т.е.
наименьшее число возбудителя,
вызывающего гибель 50% (LD 50 )
лабораторных животных.
Биопроба – заражение
лабораторных животных (белых
мышей, крыс, морских свинок,
голубей, кроликов, кур и др.) с
целью изучения патогенных и
вирулентных свойств бактерий,
подтверждения инфекции,
испытания лечебного действия
лекарственных препаратов.
1. Культуру бактерий в физиологическом растворе вводят животным:
подкожно, внутримышечно,
внутрибрюшинно или др. способом
2. После гибели животных
вскрывают, определяют
патологические изменения во
внутренних органах и делают:
а)мазки из внутренних органов;
б)посев на питательные среды.

27. Серологические исследования

Гемолитическая сыворотка для
РСК
Реакция преципитации в геле
Реакция гемагглютинации (РГА)
Серологические исследования – исследование сыворотки
крови животных или человека на обнаружение специфических
антител (реакция преципитации - РП, реакция гемагглютинации
– РГА, РА, РСК, иммунофлюоресцентный метод и др.).
РА: сыворотка в разведении 1:10 – 1:1600 + антитела (взвесь
культуры бактерий) = осадок (нет, слабый, выраженный). При
наличии антител происходит склеивание бактерий и образуется
осадок

28. Аллергические исследования (кожно – аллергические пробы)

Рис. Кожно-аллергическая проба (реакция
Манту)
При внутрикожном введении
аллергена (продуктов
жизнедеятельности бактерий) у
больных возникает
повышенная чувствительность
(аллергия) на месте введения,
проявляющаяся в виде
покраснения, припухлости и
болезненности (например,
реакция Манту для выявления
туберкулеза. Внутрикожно
вводят туберкулин, реакцию
учитывают через 48 и 72 часа).

29. Значение бактерий

Название групп
бактерий
Положительное
значение
Отрицательное
значение
Клубеньковые и
почвенные
Обогащение почвы азотными удобрениями, минерализация орг. веществ
Гнилостные
Санитарная роль
(минерализация органических останков)
Порча продуктов и кормов,
разрушение деревянных
построек.
Молочнокислые
Производство молочнокислых продуктов, засолка
овощей и силосование
кормов
Порча продуктов и кормов
Уксуснокислые
Получение органических
кислот, консервирование
овощей и фруктов
Порча продуктов и кормов
Паразитические
Получение вакцин и
лечебно-профилактических сывороток
Инфекционные болезни
растений, животных и
человека
-

30. Бактерии полезные для человека

Сельское хозяйство:
Пищевая
промышленность:
хлебопечение, молочнокислые продукты, виноделие, пивоварение.
Химико-биологическая промышленность
тех. спирты, орг. кислоты, ацетон, ферменты, витамины,
искусственный белок
Бактерии
Сан.- гигиенические
сооружения: очистка
сточных вод от органических веществ,
получение метана
плодородие почвы,
силосование кормов,
образование перегноя,
борьба с вредителями
полей, садов и
огородов.
Фармакологическая
промышленность:
антибиотики, вакцины,
сыворотки, инсулин,
интерферон и др.
лекарства

31. Бактерии вредные для человека

Паразитические бактерии вызывают
инфекционные болезни растений, животных и
человека.
Инфекция – совокупность всех процессов,
возникающих в организме при внедрении и
размножении в нем микроорганизмов,
способных нарушить гомеостаз
Формы инфекции
Инфекционная
болезнь
(внешние и внутренние признаки нарушения жизнедеятельности)
Микробоносительство
(патологических изменений нет, но возбудитель
выделяется во внешнюю
среду с продуктами
обмена)
Иммунизирующая
субинфекция
(перестройка иммунитета, а возбудитель
гибнет)

32. Инфекционные болезни

Микробы способные вызвать инфекционное
заболевание называются патогенными.
Для каждого вида характерны определенные
факторы патогенности: капсулы, токсины,
ферменты.
Инфекционные болезни человека
Зоонозные:
Гнойные:
Кишечные:
Анаэробные: Спирохетозные:
Туляремия,
сибирская
язва,
туберкулез,
бруцеллез,
рожа,
листериоз и
др.
Гонорея,
стафилококковая,
стрептококковая,
пневмококковая
инфекции
Дизентерия,
брюшной тиф,
сальмонеллез,
холера
Столбняк,
ботулизм,
дифтерия,
коклюш,
газовая
гангрена
Сифилис,
лептоспироз,
возвратный тиф

33. Некоторые зоонозные болезни человека (болеют животные и человек)

1. Сибирская язва –высоко
контагиозное заболевание.
Возбудитель капсулообразующая бацилла, размножающаяся в крови и внутренних
органах. На коже образуются
карбункулы, а в кишечнике –
язвы. Течение болезни острое,
отмечается высокая
смертность.

34.

Туберкулезные микробы и рост колоний на
питательной среде
Алиментарный путь заражения туберкулезом
2. Туберкулез –
хроническое заболевание,
сопровождаемое образованием в пораженных органах
специфических узелков –
туберкулов.
Возбудитель кислото-спиртощелочеустойчивая палочка
(микобактерия), устойчивая во
внешней среде. Заражение
происходит воздушнокапельным и пылевым путем,
реже – через желудочнокишечный тракт. Поражает
легкие, кости, реже внутренние органы.
Течение болезни хроническое, отмичается длительное
микробоносительство; без
лечения чаще заканчивается
смертью.

35. Пути передачи инфекции Путь, по которому возбудитель может попасть в организм, называется «воротами инфекции».

Капельная инфекция
Алиментарный путь
Самый распространенный способ: при кашле, чихании, с пылью
(туберкулез, дифтерия,
коклюш, грипп, ОРЗ)
С пищей и водой (холера, дизентерия,
ботулизм,
сальмонеллез
Контагиозный путь
При физическом контакте через поврежденную кожу и слизистые оболочки (венерические, сиб. язва, проказа, бородавки)
Основные пути
Переносчики
инфекции
Через любой живой
организм: вшей,
блох, комаров, слепней и др. (сиб.язва,
тиф, чума,
бешенство
Парентеральный путь
Через раны (гангрена,
столбняк,
стафилококковая
инфекция

36. Борьба с вредным влиянием бактерий

Методы борьбы
Стерилизация
Пастеризация
(полное уничтожение
вегетативных форм
микробов и их спор во
внешней среде)
(задержка или временное
подавление развития бактерий путем нагревания до 70 –
80 С в течение 10-15 мин.
Применяется для стерилизации пищевых продуктов
Физические методы:
Химические методы
Прокаливание, кипячение,
сухой жар (160 С), пар под
давлением (120 С), ультрафиолетовые и радиоактивные лучи
(дезинфекция):
ядовитые газы (Cl2), растворы
фенола, лизола, хлорамина,
формалина,NaOH и др.

37. Иммунитет

Иммунитет – совокупность процессов и механизмов,
обеспечивающих охрану постоянства внутренней среды организма
(гомеостаза) от чужеродных элементов.
Иммунитет
Неспецифический
1. Непроницаемость
кожных покровов и
слизистых оболочек.
2. Бактерицидность
секретов желез.
3. Кислотность
желудочного сока.
4. Фагоцитоз.
5. Наличие в крови и др.
жидкостях особых
ферментов (лизоцим)
Специфический
Функция:
Иммунная система
1. Распознание
генетически чужеродных антигенов (бактерий
вирусов).
1. Клетки: лимфациты
2. Специфическое реагирование на антиген
(иммунный
ответ)
2. Ткани: ретикулярная, кровь, лимфа.
3.Органы: костный
мозг, тимус, печень,
селезенка, лимфатические узлы.

38. Специфический иммунитет

Ядром иммунитета являются
лимфоциты, вырабатываемые в
костном мозге и селезенке.
Лимфоциты вскоре после своего
образования превращаются в два
подвида: Т-клетки и В-лимфоциты.
Т-клетки регуляторы распознают антигенную структуру
бактерий и вирусов и через Тхелперов (помощников)
передают эту информацию Влимфоцитам, которые
стремительно размножаясь,
выделяют в кровь антитела
(специфические сложные белки –
иммуноглобулины: Ig G, Ig M, Ig A, Ig E, Ig D),
способные прикрепляться к определенному
микробу, образуя неактивный комплекс,
распознаваемый и уничтожаемый макрофагами.

39. Схема развития специфического иммунитета

Т m – лимфоциты «запоминают» антигенную структуру бактерий и при
повторном их попадании в организм сразу же вырабатывают специфические антитела. Т – киллеры циркулируют по организму и уничтожают
поврежденные (зараженные) микробами клетки.

40. Виды специфического иммунитета

Иммунитет
Врожденный
Передается с
молоком матери
Приобретенный
Естественный
Искусственный
После переболевания
Пассивный
Активный
После вакцинации.
Применяется для
профилактики
инф. заболеваний
После введения
иммунной сыворотки. Применяется для лечения и
профилактики

41. Искусственно приобретенный иммунитет

Приобретенный иммунитет формируется в результате иммунологической
перестройки организма в ответ на введение антигена (вакцины) или
иммунных антител (сыворотки).
Вакцины
(препараты содержащие антигены)
Живые
ослабленные
(выращенные в
неблагоприятных
условиях) : БЦЖ, сиб.
язва, бруцеллез,
бешенство,
полиомиелит и др.
Убитые
Анатоксины
(убиты температурой, химическими веществами):
брюшной тиф и
др. кишечные
инфекции.
(содержат
продукты обмена
микробов): ботулизм, столбняк,
брюшной тиф,
дифтерия и др.
Иммунные сыворотки – препараты, полученные из сыворотки
крови вакцинированных животных, содержащие антитела против
конкретных инфекционных болезней. Используются для лечения,
профилактики и диагностики инфекционных болезней.

42. Контрольные вопросы

1. Какое значение имеют бактерии в природе и жизни
человека?
2. Какие свойства микроорганизмов важны для их
использования человеком?
3. Какие вам известны методы изучения бактерий?
4. Что такое стерилизация и пастеризация? Какие методы
стерилизации знаете?
5. Что такое антиген и антитело? Где образуются антитела?
6. Каков механизм специфического иммунитета?
7. Что такое вакцины и для чего они применяются?
8. С чем связано применение иммунных сывороток с
лечебной целью при инфекционных заболеваниях?