Эукариотические микроорганизмы. Грибы и пути их использования в биотехнологии

1. Эукариотические микроорганизмы

Грибы и пути их
использования
в биотехнологии

2. Положение грибов в системе живого мира

В эволюционной системе живого мира,
предложенной Уиттейкером, грибы
выделяются в отдельное царство
Согласно эволюционной схеме
Уиттейкера, животные, растения и
грибы представляют три эволюционные
линии, возникшие из протистов и
отличающиеся по способам питания:
зоотрофному – у животных,
автотрофному - у растений и
осмотрофному - у грибов

3. Царства живых организмов

1.
2.
3.
4.
5.
Растения
Животные
Грибы
Протисты
Бактерии

4. Грибы – это самостоятельное царство

Грибы – самостоятельное царство
живых организмов, объединяющее
эукариотические организмы, которые
отличаются осмотрофным типом
питания
Грибы изучает наука микология

5. Особенности грибов

Грибы лишены хлорофилла, не способны к
фотосинтезу и требуют для питания готовое
органическое вещество – поэтому они
являются гетеротрофными организмами
Грибам можно дать следующее определение:
грибы – это эукариотные гетеротрофные
организмы, питающиеся осмотрофно
Осмотрофное питание означает, что грибы
абсорбируют питательные вещества из
окружающей среды всей поверхностью
своего вегетативного тела
Грибы являются осмотрофными
гетеротрофами

6.

Грибы
Грибы являются
микроорганизмами
Плесени - мицелиальные
грибы
Дрожжи – одноклеточные
грибы

7. Значение грибов в природе и жизни человека

Грибы наряду с прокариотами играют большую роль
в природе и жизни человека
Грибы присутствуют во всех экологических нишах —
в воде и на суше, в почве и на всевозможных
субстратах
Наряду с бактериями грибы как редуценты
выполняют основную работу по деградации мертвых
органических остатков и таким образом играют
ключевую роль в глобальном круговороте углерода
Разлагая органические остатки, грибы вместе с
бактериями участвуют в почвообразовательном
процессе

8. Роль грибов в симбиозах

Грибы участвуют в разнообразных симбиозах
Образуя мутуалистические симбиозы с корнями
растений (микоризу), грибы обеспечивают
нормальный рост и продуктивность растений
Грибы образуют симбиозы с микроскопическими
водорослями и цианобактериями в лишайниках
Грибы вступают в симбиотические взаимоотношения
с насекомыми, способствуя усвоению ими
лигноцеллюлозных субстратов
Грибы являются обязательным компонентом
пищеварительной системы жвачных и некоторых
других травоядных млекопитающих, где они играют
важную роль в переваривании растительной пищи

9. Использование грибов в промышленности

Грибы используются в различных отраслях производства
Плодовые тела многих шляпочных грибов являются
деликатесным продуктом питания
Дрожжевые грибы используют в пивоварении, виноделии,
хлебопечении, а также при производстве этилового спирта
Некоторые грибы используют при изготовлении особых видов
сыров (рокфор, камембер, бри и др.)
Грибы продуцируют разнообразные антибиотики, которые
нашли практическое применение (например, бета-лактамные
антибиотики грибного происхождения, такие как пенициллины и
цефалоспорины, широко применяются в медицине)
Грибные антибиотики из группы циклоспоринов, которые
оказались высокоактивными иммунодепрессантами,
используются в трансплантологии

10. Промышленное культивирование съедобных грибов

Мировое производство съедобных грибов
составляет 3 млн. 500 тыс. тонн в год
В настоящее время более чем в 70 странах
промышленно культивируется более 20
различных видов грибов
Ведущими грибоводческими странами
являются Китай -1 млн. 608 тыс. тонн, США –
363,5 тыс. тонн; Голландия – 240 тыс. тонн,
Польша – 180 тыс. тонн

11. Agaricus bisporus (шампиньон двухспоровый)

Мировое производство шампиньона
двухспорового превышает 1,5 млн. тонн
в год

12. Приготовление компоста

Для получения высокого урожая
шампиньона двухспорового необходимо
подготовить качественный компост

13. Инокуляция и развитие мицелия

Инокуляцию компоста производят
мицелием шампиньона, выращенным
на зерне

14. Подготовка и нанесение покровной почвы

В покровной почве происходит один из
наиболее важных процессов –
образование плодовых тел шампиньона

15. Плодоношение и сбор урожая

Плодоношение происходит циклами
(«волнами») с интервалами 3-7 дней

16. Pleurotus ostreatus (вешенка обыкновенная)

Из дереворазрушающих грибов
наиболее часто культивируют вешенку
обыкновенную

17. Lentinus edodes (шиитаке)

Очень ценным грибом для
искусственного выращивания является
шиитаке

18. Лекарственные грибы

Многие грибы являются активными
продуцентами физиологически
активных веществ и используются для
получения лекарственных средств и
БАД

19. Fomes fomentarius (настоящий трутовик)

20. Piptoporus betulinus (трутовик березовый)

21.

ЛАБОРАТОРИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ
МИКОЛОГИИ И БИОПОВРЕЖДЕНИЙ
БАД «Летипорин», «Рейшидин», «Диамицелан»
БАД на основе грибов
содержат уникальный
комплекс биологически
активных веществ:
полисахариды,
каротиноиды,
фенольные соединения,
ненасыщенные
жирные кислоты
Laetiporus
sulphureus
Ganoderma
lucidum
Lentinus
edodes
БАД предназначены для:
восполнения витаминной и
минеральной недостаточности,
уменьшения отрицательного
воздействия неблагоприятных
экологических факторов,
выведения из организма
ТУ РБ 100120195.067-2004, ТУ РБ 100120195.068-2004,
радионуклидов, тяжелых
ТУ РБ 100120195.069-2004, ТУ РБ 100120195.070-2004,
металлов, эндотоксинов
ТУ BY 100289066.040-2007

22.

Исследование липокаротиноидного комплекса гриба
Laetiporus sulphureus
В лаборатории выделены штаммы гриба трутовика серно-желтого Laetiporus
sulphureus, образующего оранжевый пигмент полиеновой природы –
летипороксантин. Выращивание гриба на жидких питательных средах
методом глубинного культивирования позволяет за короткий промежуток
времени получать грибную биомассу с более высоким содержанием
пигмента (до 10-15 мг/г) по сравнению с плодовыми телами (2-3 мг/г).
На основе мицелия серно-желтого трутовика
Laetiporus sulphureus разработана лечебнопрофилактическая кормовая добавка Липокар.
Она предназначена для применения в
промышленном птицеводстве как
иммуностимулирующее, антиоксидантное,
антистрессорное и детоксицирующее средство, а
также для обогащения продуктов птицеводства
(яиц, мяса птиц и т.д.) каротиноидами.

23.

Сыры рокфор и камембер

24. Камембер и Сальвадор Дали

Камембер
Постоянство памяти
Сальвадор Дали

25.

Грибы рода Penicillium – продуценты
Пенициллина

26. Использование грибов в промышленности

Грибы используют в
микробиологической промышленности
для производства белковой биомассы,
ферментов, витаминов, органических
кислот и ряда других биологически
активных веществ

27. Использование грибов в промышленности

Грибы используют для создания новых экологически
чистых энергосберегающих биотехнологий, которые
должны прийти на смену традиционным
технологиям, наносящим вред окружающей среде
Например, технология биопульпирования предобработка измельченной древесной массы
специальными грибами или их ферментами
позволяет избирательно удалять лигнина при
производстве целлюлозы
Такая технология является не только экологически
совместимой, но также позволяет экономить до 30%
энергии при производстве целлюлозы, то есть
является энергосберегающей

28. Микоремедиация

Некоторые грибы обладают исключительной
способностью разрушать самые разнообразные
устойчивые к биодеградации органические вещества,
загрязняющие окружающую среду
Грибы могут быть использованы для биоремедиации,
то есть для защиты и направленного очищения
окружающей среды
Микоремедиация - направление биоремедиации,
при котором очистка окружающей среды от
загрязняющих агентов и восстановление
окружающей среды осуществляется за счет
метаболической активности грибов

29. Микоремедиация

30. Энтомопатогенные грибы – паразитические грибы, поражающие насекомых

Виды, патогенные для вредителей сельского
хозяйства, а также кровососущих и других
вредных насекомых, могут использоваться
для контроля их численности

31. Вредная деятельность грибов

Вместе с тем известна и вредная деятельность грибов
Паразитируя на растениях и животных, некоторые грибы
вызывают у них заболевания
Грибные болезни растений и животных называют микозами
Примерами грибных болезней растений являются ржавчина,
головня, спорынья, фузариоз, парша, фитофтороз, мучнистая
роса и др. болезни
Грибы наносят огромный ущерб сельскому хозяйству и пищевой
промышленности
Поселяясь на сельскохозяйственных продуктах, сырье и
полуфабрикатах, грибы могут вызывать их порчу и даже
интоксикацию
Очень опасны и могут приводить к смертельному исходу
отравления ядовитыми грибами , а также микотоксикозы —
отравления пищевыми продуктами, заражёнными токсинами
микроскопических грибов

32. Биоповреждения, вызываемые грибами

Грибы могут вызывать плесневение стен и
потолков в жилых помещениях, вызывая
аллергические заболевания или даже микозы
Действуя как редуценты, грибы приносят
большой вред, повреждая различные
промышленные материалы и изделия
Доля повреждения грибами всех
производимых человечеством пластмасс
превышает 25%.
Дереворазрушающие грибы вызывают
болезни и гибель живых деревьев, а также
вызывают порчу деловой древесины

33. Дереворазрушающие грибы вызывают порчу древесины

34.

Домовые грибы разрушают древесину в зданиях

35.

Плесневение поверхности древесины

36. Важность изучения грибов

Изучение грибов важно:
с целью их практического
использования в народном хозяйстве
с целью предотвращения их вредной
деятельности

37. Экологические группы грибов

На сегодняшний день известно около 100
тысяч видов грибов
Предполагается, что в природе существует
около 1,5 млн. разных видов грибов
Гетеротрофный способ питания
обусловливает то, что развитие грибов в
большой степени зависит от субстрата, на
котором они развиваются
Грибы обладают высокими адаптивными
возможностями, занимают самые
разнообразные экологические ниши и играют
значительную роль в биоценозах

38. Экологические группы грибов

В зависимости от среды обитания и питающих субстратов
грибы разделяют на ряд экологических или экологотрофических групп
Разные экологические группы грибов адаптированы к
обитанию на разных питательных субстратах в
определенных условиях окружающей среды, что
позволяет им устойчиво развиваться или даже
доминировать в этих эконишах
Появление экологических групп грибов явилось
результатом длительной взаимосвязанной эволюции
грибов и других организмов, происходившей во
взаимосвязи с изменениями условий их среды обитания
Наиболее обширными и важными с экологической точки
зрения являются группы ксилотрофов, подстилочных и
почвенных сапротрофов и микоризных грибов

39. Ксилотрофные грибы

К группе ксилотрофов, или дереворазрушающих,
относятся грибы, обитающие на древесине и
использующие ее в качестве питательного субстрата
Главная отличительная черта ксилотрофов
заключается в том, что они не просто способны
обитать на древесине, но они разрушают ее основу лигноцеллюлозный комплекс
Этой способностью обладают в основном только
некоторые грибы отдела Basidiomycota, которые
поэтому называют ксилотрофные, или
дереворазрушающие, базидиомицеты

40. Fomes fomentarius

41. Serpula lacrymans

42. Подстилочные и почвенные сапротрофы

Весьма многочисленными являются
группы подстилочных и почвенных
грибов-сапротрофов, которые
обеспечивают минерализацию
растительных остатков в лесной
подстилке и в почве

43. Микоризные грибы

Особую группу составляют микоризные
грибы, которые образуют микоризу
Микориза – это симбиоз корней высших
растений с мицелием грибов
Микоризные грибы играют важнейшую
роль в нормальном развитии лесных
деревьев и травянистых растений

44. Патогенные грибы

Многие грибы являются возбудителями
болезней человека и животных –
микозов
Эти грибы объединяют в группу
патогенных грибов
На сегодняшний день известно около
400 болезнетворных, т.е. патогенных
грибов

45. Систематика грибов

Согласно современной систематике, по сочетанию
основных признаков (подвижность и строение
зооспор и гамет, состав клеточной стенки, путь
синтеза лизина и др.) грибы разделены на три
самостоятельные эволюционные линии и
распределены по трем царствам живой природы
В царство Protozoa включены организмы,
объединенные в группу миксомицетов
Часть примитивных грибов предложено
рассматривать в качестве отдельного царства
грибоподобных организмов – Chromista
Представители этого царства имеют митохондрии с
трубчатыми кристами, перистые жгутики с
трехчленными жгутиковыми волосками, в состав их
клеточной стенки входит целлюлоза, а хитин и βглюкан отсутствуют

46. Царство Настоящих грибов

Царство Настоящие грибы объединяет
организмы, в состав клеточной стенки
которых входит хитин в сочетании с βглюканом, маннаном или с хитозаном
Подвижные стадии (зооспоры, гаметы) в
цикле развития у подавляющего
большинства Настоящих грибов отсутствуют
(имеются только у представителей отдела
хитридиомикота)
Биосинтез лизина у Настоящих грибов идет
через α-аминоадипиновую кислоту

47. Царство Настоящих грибов

Царство настоящих грибов разделяют на
крупные таксономические группы – отделы –
главным образом на основе того, каким
образом у них осуществляется половое
размножение
Основными отделами грибов являются
Chytridiomycota (около 500 видов),
Zygomycota (около 1000 видов), Ascomycota
(около 30 тыс. видов), Basidiomycota (около
30 тыс. видов и Deuteromycota (около 30
тыс. видов)

48. Размножение грибов

У грибов различают вегетативное, бесполое и
половое размножение
Вегетативное размножение может осуществляться
фрагментами мицелия, которые, отделяясь, дают
начало новому мицелию
У дрожжевых грибов вегетативное размножение
происходит путем почкования
Процесс почкования состоит в том, что на клетках
дрожжей образуются выросты (почки), постепенно
увеличивающиеся в размерах
Такие почки отделяются от материнской клетки или
сохраняют с ней связь, в результате чего образуются
своеобразные цепочки клеток

49.

Дрожжи: 1 — отдельная клетка; 2-5 - почкование клеток; б - сумка с
четырьмя аскоспорами.

50. Артроспоры и хламидоспоры

Очень часто вегетативное и бесполое размножение у
грибов происходит при помощи спор
Мицелий целого ряда грибов распадается на
отдельные клетки, называемые артроспорами
У некоторых грибов отдельные клетки мицелия могут
окружаться толстыми темноокрашенными
оболочками
Такие клетки называются хламидоспорами
Образование артроспор и хламидоспор можно
рассматривать как переходные варианты между
вегетативным и бесполым размножением

51. Артроспоры Coccidioides immitis

52. Артроспоры Coccidioides immitis

53. Хламидоспоры

54. Бесполое размножение

При бесполом размножении споры гораздо более
высоко специализированы по строению и способу
образования
Среди спор бесполого размножения по способу
образования выделяют споры эндогенные и
экзогенные
К эндоспорам относятся спорангиоспоры, которые
развиваются эндогенно в специальных
споровместилищах - спорангиях
Спорангии, образуются на концах гиф мицелия
некоторых грибов или же на специализированных
спорангионосцах, отделяясь от них перегородкой
Спорангиоспорами осуществляется бесполое
размножение у зигомикот

55. Спорангиоспоры Rhizopus

56. Спорангиоспоры Rhizopus

57. Конидии

Многие грибы способны образовывать экзогенные
одноклеточные или многоклеточные споры, которые называют
конидии или конидиоспоры
Конидии образуются на обычных или чаще на
специализированных гифах, которые называют
конидиеносцами
Типичные конидии характерны для аскомицетов,
базидиомицетов и несовершенных грибов (деутеромицетов)
Споры, которые продуцируются вегетативной материнской
клеткой путем почкования, называются бластоспорами
Специализированные структуры, связанные с вегетативным и
бесполым размножением у грибов, называются анаморфами
Телеморфами называют плодовые тела различного строения,
на которых образуются гаплоидные споры полового
размножения

58. Конидиоспоры Botrytis cinerea

59. Конидиоспоры Botrytis cinerea

60. Конидиоспоры Penicillium и Aspergillus

61. Конидиоспоры Penicillium

62. Бесполое размножение

С помощью спор бесполого размножения
происходит распространение многих грибов в
природных условиях
Споры бесполого размножения покрыты
специальными оболочками,
обеспечивающими их защиту, и могут
переноситься по воздуху на большие
расстояния
Споры могут также распространяться
беспозвоночными и позвоночными
животными

63. Половое размножение

Половое размножение известно у всех групп грибов, за
исключение анаморфных грибов (Deuteromycota)
Половое размножение у грибов бывает различных типов
У грибов известно три основных типа полового процесса:
гаметогамия, гаметангиогамия и соматогамия
При гаметогамии происходит слияние двух половых
клеток (мужской и женской гамет) – характерно для
хитридиевых грибов
При гаметангиогамии происходит слияние двух обычно
многоядерных специализированных структур гаметангиев
– характерно для зигомицетов и аскомицетов
При соматогамии происходит слияние двух совместимых
вегетативных талломов, функционирующих как половые
клетки – характерно для базидиомицетов

64. Половое размножение

Сливающиеся гаметы гаплоидны, то есть имеют
одинарный набор хромосом
При их слиянии ядра сливаются, в результате
чего образуется диплоидная зигота, имеющая
двойной набор хромосом
Однако при гаметангиогамии у аскомицетов и
соматогамии у базидиомицетов слияния ядер
сразу же после слияния цитоплазмы
(плазмогамии) не происходит
В результате этого наступает дикариотическая
стадия, в течение которой клетки гриба
содержат два отдельных гаплоидных ядра

65. Жизненный цикл базидиомицетов

66. Дерматомикозы

Многие грибы вызывают дерматомикозы или
дерматофитиии - заболевания кожи и ее придатков
К дерматофитам относятся грибы родов
Trichophyton, Microsporium и Epidermophyton
Известны дерматофитии волосистой части головы,
дерматофитии ногтей, которые называют
онихомикозами, дерматофитии кистей и стоп,
дерматофитии гладкой кожи и, наконец, паховые
дерматофитиии
Отдельные группы инфекций составляют
мелассезиозы кожи, вызываемые грибами рода
Melassezia, а также разнообразные кандидамикозы
кожи и слизистых оболочек, вызываемые грибами
рода Candida

67. Глубокие микозы

Известны также многие другие микозы, в том числе так
называемы глубокие микозы
Эти микозы сопровождаются поражением внутренних
органов и глубоко лежащих тканей
Оппортунистические глубокие микозы вызывают,
например, грибы рода Candida
Условно-патогенные грибы рода Candida активно
развиваются на фоне тяжелого иммунодефицита
Часть оппортунистических микозов являются СПИДассоциированными инфекциями
Кроме кандидозов к этим инфекциям относятся
криптококкоз, вызываемый грибом Cryptococcus
neoformans и аспергиллезы, вызываемые грибами рода
Aspergillus

68. Глубокие эндемические микозы

К респираторным или глубоким эндемическим
микозам относят группу инфекций, обусловленных
диморфными грибами, обитающими в почве
определенных географических областей, и
отличающихся респираторным механизмом
заражения (через вдыхание конидий)
Возбудителями респираторных эндемических
микозов являются Histoplasma capsulatum
(гистаплазмоз), Blastomyces dermatitidis
(бластомикоз) и некоторые другие грибы
В последнее время отмечается значительный рост
заболеваемости микозами

69. Онихомикоз, вызванный Trychophyton rubrum

70.

Микозы
Дерматомикоз
Гистоплазмоз

71.

Институт микробиологии НАН Беларуси
Лаборатория экспериментальной микологии и биоповреждений
Наименование разработки: Лечебно-профилактическая кормовая добавка иммунокорригирующего и
антиоксидантного действия на основе грибов рода Cordyceps
Программа, в рамках которой выполняется: МЦП ЕврАзЭС «Инновационные биотехнологии» на 2011-2015 гг.
Задание 2.3. «Разработать технологию получения лечебно-профилактической кормовой добавки
иммунокорригирующего и антиоксидантного действия на основе грибов рода Cordyceps»
Cordyceps sinensis
Cordyceps sinensis
Cordyceps militaris
Cordyceps militaris
Авторский коллектив: Капич А.Н., Пучкова Т.А., Черноок Т.В., Серова
О.О.

72.

Биологически активные добавки
«Диалентин» и «Лентин»
(Зарегистрированы в МЗ РБ, переданы белфармацией в
сеть аптек)
Содержат:
полисахариды, в т.ч. -1,3-глюканы,
низкомолекулярные фенольные соединения, ненасыщенные
жирные кислоты, пищевые волокна, витамины (В1, В6, РР,
эргостерол), микро- и макроэлементы (кальций, магний,
калий, фосфор, железо, натрий, цинк и др.).
Действие:
общеукрепляющее, антиоксидантное,
гепатопротекторное, ммуностимулирующее, антистрессорное.
Показания: восполнение витаминной и минеральной
недостаточности, уменьшение отрицательного воздействия
неблагоприятных экологических факторо в, уменьшение
чувства усталости, снижение уровня холестерина в крови,
профилактика простудных заболеваний, укрепление
иммунитета, связывание и выведение из организма
радионуклидов, тяжелых металлов, эндотоксинов.
Противопоказаний не имеют.