Рабочая программа и методические указания к самостоятельной работе для студентов, обучающихся специальностям 260202, 260204, 260504 и бакалавров направления 260100, дневной формы обучения Санкт-Петербург 2008

Вид материалаРабочая программа

Содержание


Красникова Л.В. Гунькова П.И. «Микробиология»
Рабочая программа и методические указания
Bacillus, Sporosarcina, Sporolactobacillus, Clostridium, Desulfotomaculum
Раздел 6 . Основы генетики микроорганизмов
Рекомендуемая литература
Рабочая программа и методические указания 4
Рекомендуемая литература 26
Подобный материал:
Федеральное агентство по образованию


Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Санкт-Петербургский государственный университет низкотемпературных и пищевых технологий





Кафедра органической, физической и биологической

химии


МИКРОБИОЛОГИЯ


Рабочая программа и методические указания

к самостоятельной работе для студентов,
обучающихся специальностям 260202, 260204, 260504 и бакалавров направления 260100, дневной формы обучения


Санкт-Петербург 2008




УДК 586.8:664(075)


Красникова Л.В. Гунькова П.И. «Микробиология»: Рабочая программа и методические указания к самостоятельной работе студентов, обучающихся специальностям 260202, 260204, 260504 и бакалавров направления 260100 дневной формы обучения – СПб, СПБГУНиПТ, 2008. – 28 с.


Представлены рабочая программа и методические указания для самостоятельного изучения дисциплины «Микробиология», приведены краткие сведения по основным разделам курса, дана специфическая терминология, даны контрольные вопросы, необходимые для освоения курса.

Предназначены для студентов, обучающихся специальностям «Технология хлеба, кондитерских и макаронных изделий», «Технология бродильных производств и виноделие», «Технология консервов и пищеконцентратов», и бакалавров направления "Технология продуктов питания".


Рецензент

Доктор техн. наук, проф. Т.В. Меледина


Рекомендована к изданию советом факультета пищевых технологий


©Санкт-Петербургский государственный

университет низкотемпературных

и пищевых технологий, 2008


Предисловие


Дисциплина «Микробиология» изучается студентами факультета пищевых технологий на III курсе в рамках учебной программы объемом 30 ч лекций, 30 ч лабораторных занятий и 59 ч самостоятельной работы. Изучение курса завершается сдачей экзамена при условии полностью выполненного лабораторного практикума.

Предметом изучения микробиологии являются микроорганизмы – бактерии, актиномицеты, дрожжи, мицелиальные грибы, вирусы. Микробиология изучает морфологию, физиологию, биохимию, генетику и экологию микроорганизмов, их роль и значение в жизни человека и продуктивности биосферы.

Особое внимание уделено жизнедеятельности микроорганизмов в пищевых продуктах. При попадании в них патогенных и условно-патогенных микроорганизмов продукты становятся опасными для потребителя и могут вызвать вспышки инфекционных заболеваний или отравлений. Многие сапрофитные микроорганизмы при соответствующих условиях вызывают порчу продуктов, что связано с ферментативным расщеплением их основных составных частей. Микробная порча растительного и животного сырья и готовых пищевых продуктов привела к разработке различных способов их предохранения, основанных на воздействии на микроорганизмы различных физических и химических факторов низкие и высокие температуры, высушивание, снижение активной кислотности, повышение осмотического давления, добавление консервантов и т.п.).

С другой стороны, микроорганизмы используются в пищевой промышленности для осуществления ферментационных процессов с целью придания готовому продукту требуемых свойств. К таким микроорганизмам, в первую очередь, относятся молочнокислые бактерии, используемые в производстве ферментированных молочных продуктов, хлеба, кваса, а также при квашении овощей. Не менее важными в этом плане являются культурные дрожжи, на жизнедеятельности которых основано производство хлеба, пива, лечебных кисломолочных напитков.

Микробиологическая безопасность пищевых продуктов непосредственно зависит от санитарно-гигиенических условий производства. Поэтому необходимой составляющей микробиологического контроля в технологической цепочке пищевых продуктов является определение отсутствия патогенных, условно-патогенных и санитарно-показательных микроорганизмов на оборудовании, одежде и руках персонала и в самих продуктах.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ


Раздел 1. Морфология и систематика микроорганизмов


Введение

Предмет и задачи микробиологии. Краткий очерк истории развития микробиологии как науки. Понятие о микроорганизмах. Положение микроорганизмов в мире живых существ. Распространение микроорганизмов в природе и их участие в круговороте веществ. Полезные и вредные микроорганизмы, их роль в пищевой промышленности. Основные направления современной микробиологии. Отрасли промышленности, основанные на жизнедеятельности микроорганизмов.

Микроорганизмы прокариоты и эукариоты. Различия в строении прокариотической и эукариотической клеток.

Морфология бактерий. Формы и размеры бактерий. Строение бактериальной клетки. Состав и строение структурных элементов бактериальной клетки: клеточной стенки, цитоплазматической мембраны, нуклеоида, рибосом, жгутиков, капсулы и др. Сущность окраски бактерий по Граму. Размножение бактерий. Образование эндоспор у бактерий; основные стадии формирования споры, химический состав и строение зрелой споры. Устойчивость спор к неблагоприятным факторам внешней среды. Роль спорообразующих бактерий в пищевой промышленности. Принципы систематики бактерий. Современная систематика и классификация бактерий.

Морфология мицелиальных грибов (микромицетов). Низшие грибы – фикомицеты, особенности Классификация грибов. Особенности их строения и размножения. Высшие грибы – аскомицеты, базидиомицеты, дейтеромицеты, их строение и способы размножения. Характеристика отдельных видов мицелиальных грибов, вызывающих порчу пищевых продуктов. Использование микромицетов в производстве органических кислот, антибиотиков, ферментных препаратов.

Морфология дрожжей. Строение и химический состав дрожжевой клетки. Современная классификация аскоспорогенных и аспорогенных дрожжей. Способы размножения дрожжей. Характеристика дрожжей, имеющих промышленное значение.

Морфология вирусов. Размеры вирусов, их особенности и строение. Распространение вирусов в природе. Значение вирусов в жизни человека. Бактериофаги – вирусы бактерий. Формы и строение фаговых частиц. Цикл развития вирулентного и умеренного бактериофага. Лизогенные культуры, их роль в распространении бактериофагов в природе.


В результате изучения данного раздела студент должен з н а т ь:
  • строение клеток бактерий и дрожжей;
  • различия в строении про- и эукариотической клеток;
  • основные морфологические признаки бактерий, дрожжей и мицелиальных грибов;
  • особенности строения и размножения вирусов;

и м е т ь п р е д с т а в л е н и е:
  • о строении клеточной стенки бактерий и грибов;
  • о систематике бактерий и грибов;


Морфология (от греч. morphus –форма) – наука, изучающая форму, размеры и строение микроорганизмов, их способность к размножению, движению, спорообразованию и др. Прежде всего, следует рассмотреть различные формы бактерий и расположение клеток.

По особенностям строения клетки микроорганизмы подразделяются на две группы - прокариоты (бактерии) и эукариоты (мицелиальные грибы, дрожжи, простейшие). Эти группы микроорганизмов различаются по строению ядерного аппарата и клеточной стенки. В отличие от эукариот, у бактерий отсутствует целый ряд изолированных от цитоплазмы внутриклеточных включений, вся генетическая информация заключена в кольцевой ДНК, называемой нуклеоидом, рибосомы меньшего размера и т.д.

Следует ознакомиться со строением бактериальной и дрожжевой клеток, рассмотреть их формы и размеры.

Клеточная стенка у разных групп бактерий имеет существенные различия, от чего зависит их способность по-разному окрашиваться по Граму. Нужно знать, какие бактерии относятся к грамположительными и какие – к грамотрицательным.

При изучении морфологии бактерий следует обратить особое внимание на способность бактерий родов Bacillus, Sporosarcina, Sporolactobacillus, Clostridium, Desulfotomaculum образовывать эндоспоры. Необходимо знать, какие бактерии могут образовывать споры, при каких условиях они приступают к спорообразованию, как осуществляется этот процесс, каким образом споры располагаются в клетке, и как происходит прорастание спор. Споры бактерий очень термоустойчивы, поэтому их уничтожение при тепловой обработке является проблемой в технологии консервированных пищевых продуктов.

Представители некоторых видов бактерий обладают активной подвижностью, что обусловлено наличием у них жгутиков или фибрилл (у спирохет).

Систематику и классификацию бактерий осуществляют на основании морфологических, физиологических и генетических признаков.

Для студентов, обучающихся специальностям 260202 и 260204, особое значение имеет изучение морфологии дрожжей. Морфологические особенности дрожжей зависят от возраста клеток, состава питательной среды, условий культивирования. В основу классификации дрожжей положены способы их размножения и некоторые физиологические признаки. Все дрожжи делят на аскоспорогенные, образующие аскоспоры, и аспорогенные, не образующие спор. Следует четко знать, какие дрожжи используют в производстве пива и хлеба, а какие являются так называемыми «дикими дрожжами» – вредителями пищевых производств.

Микроскопические грибы – микромицеты широко распространены в природе и часто вызывают порчу пищевых продуктов. Все грибы разделяют на низшие – фикомицеты, и высшие – аскомицеты, базидиомицеты и дейтеромицеты. Они размножаются как вегетативным путем с помощью различного рода спор, так и половым путем. Студентам, обучающихся специальности 260504, необходимо более подробно ознакомиться со строением и размножением мицелиальных грибов, размножающихся на продуктах животного и растительного происхождения.

Вирусы широко распространены природе, они вызывают заболевания человека, животных, растений, лизис микроорганизмов. Нужно знать, что вирусы не имеют клеточного строения, содержат только один тип нуклеиновой кислоты, осуществляют свой цикл развития только в клетке хозяина, то есть являются паразитами на генетическом уровне. Вирусы бактерий называются бактериофагами. Бактериофаги существуют в природе в трех формах: зрелый, вирулентный и умеренный. Рассмотрите цикл развития вирулентного бактериофага, его отдельные стадии.

Работа с учебниками [1 – с.179-329]; [ 2 – с. 22-27, 134-174];


Контрольные вопросы
  1. Как бактерии делятся по форме клеток и их расположению?
  2. По каким признакам различают про- и эукариотические клетки?
  3. Перечислите органеллы бактериальной клетки и назовите их функции
  4. Что такое нуклеоид и какую роль в клетке он выполняет?
  5. Почему бактерии по-разному окрашиваются по Граму?
  6. Какие бактерии образуют эндоспоры и какова роль спорообразования?
  7. Перечислите органеллы дрожжевой клетки и их основные функции
  8. По каким признакам можно отличить молодые клетки от старых?
  9. Какими способами размножаются дрожжи?
  10. Чем отличаются низшие мицелиальные грибы от высших?
  11. Какие виды мицелиальных грибов наиболее часто вызывают порчу пищевых продуктов?
  12. В чем заключаются особенности вирусов?
  13. Из каких структурных элементов состоит вирус?
  14. В чем различия зрелого, вирулентного и умеренного бактериофагов?
  15. Перечислите основные стадии развития вирулентного бактериоага


Раздел 2. Действие экологических факторов на микроорганизмы


Физические и химические факторы, оценка их воздействия на микроорганизмы. Влияние температуры на микроорганизмы. Кардинальные температурные точки: оптимальная, максимальная и минимальная температура развития. Микроорганизмы психрофилы, мезофилы и термофилы. Причины термоустойчивости вегетативных клеток микроорганизмов и их спор. Сущность процессов пастеризации и стерилизации, их практическое использование в пищевой промышленности.

Рост микроорганизмов в зависимости от влажности среды. Понятие об активности воды. Устойчивость микроорганизмов к высушиванию. Высушивание как способ консервирования пищевых продуктов.

Влияние концентрации растворенных веществ. Тургор, плазмолиз, плазмоптиз. Особенности осмофилов и галофилов. Чувствительность микроорганизмов к повышенному осмотическому давлению, использование этого свойства для консервирования продуктов.

Влияние на микроорганизмы различных видов лучистой энергии, ультразвука, токов СВЧ.

Воздействие химических факторов на микроорганизмы: концентрации водородных ионов (величины рН), окислительно-восстановительного потенциала (Еh). Отношение микроорганизмов к кислороду воздуха (аэробы, факультативные анаэробы, облигатные анаэробы).

Антимикробные вещества, механизм их действия на микробную клетку. Антибиотики, антисептики, консервирующие и дезинфицирующие вещества.

Биологические факторы. Взаимоотношения микроорганизмов между собой и макроорганизмами.

Методы консервирования, стерилизации и дезинфекции, применяемые в пищевой промышленности.


После изучения данного раздела студент должен з н а т ь:
  • основные факторы, определяющие жизнедеятельность микроорганизмов и являющиеся основой сохранения качества пищевых продуктов при хранении;

и м е т ь п р е д с т а в л е н и е:
  • о методах консервирования, стерилизации и дезинфекции, применяемых в пищевой промышленности.


К физическим факторам, подавляющим размножение микроорганизмов, относятся температура, снижение содержания в субстрате свободной воды за счет удаления влаги или повышения концентрации растворенных веществ, ультразвук, токи СВЧ, лучистая энергия и др.

По отношению к температуре все микроорганизмы разделяют на три основных группы: термофилы – теплолюбивые, мезофилы – растут при средних температурах и психрофилы – холодолюбивые. Температурный диапазон, в котором могут расти микроорганизмы, имеет три кардинальные точки:

– минимальная температура, ниже которой микроорганизмы перестают размножаться и переходят в состояние анабиоза, оставаясь жизнеспособными;

– оптимальная температура, при которой микроорганизмы размножаются с максимальной скоростью;

– максимальная температура, выше которой происходит гибель микроорганизмов.

Для подавления роста и уничтожения микроорганизмов в пищевой промышленности широко используют тепловую обработку продуктов – пастеризацию и стерилизацию. Следует знать зависимость скорости гибели микроорганизмов от температуры и продолжительности теплового воздействия. При низких температурах микроорганизмы сохраняют свою жизнедеятельность в течение определенного времени, однако длительное хранение продуктов в замороженном состоянии приводит к постепенному отмиранию микробных клеток.

Большое значение для размножения микроорганизмов в среде имеет влажность. Потребность микроорганизмов в воде можно выразить количественно в форме активности воды (аw). Размножение различных микроорганизмов наблюдается при aw субстрата в диапазоне от 0,99 до 0,65. Большинство бактерий размножается при активности воды субстрата не ниже 0,94...0,90; для дрожжей предельная величина aw – 0,88...0,85; плесени могут размножаться, хотя и медленно, при aw субстрата 0,75...0,65. Следовательно, продукты, активность воды которых меньше 0,7, могут определенное время сохраняться без микробной порчи. Снижение aw субстрата может быть достигнуто либо частичным удалением из него воды, либо добавлением растворимых веществ, то-есть повышением осмотического давления. По отношению к осмотическому давлению во внешней среде различают осмофильные, осмотолерантные и осмочувствительные микроорганизмы. При консервировании пищевых продуктов осмотическое давление повышают путем внесения хлорида натрия или сахара. Следует знать, что такое плазмолиз и плазмоптиз и что происходит с микробной клеткой при высоком осмотическом давлении в среде (гипертонический раствор) и при низком (гипотонический раствор).

Бактерицидное действие ультразвука обусловлено образованием в клетке полых пространств — «кавитационных пузырьков», которые заполняются парами жидкости. В пузырьках возникает высокое давление, что приводит к разрушению (дезинтеграции) цитоплазматических структур клетки или разрыву самой клетки.

Электромагнитные излучения СВЧ оказывают тепломеханическое воздействие на микробные клетки, вызывая их гибель. Это обусловлено селективным выделением теплоты непосредственно в микробной клетке. Гибели микробов способствует также то, что максимальная напряженность поля создается на границе раздела клетки и окружающей среды.

Большинство микроорганизмов погибает при воздействии ультрафиолетовых и рентгеновских лучей. Сильным мутагенным и бактерицидным эффектом обладают УФ-лучи с длиной волны 250…260 нм. Поглощение их сопровождается образованием димеров тимина в молекуле ДНК, что в свою очередь подавляет репликацию ДНК и приводит к прекращению деления микробной клетки.

Рентгеновские лучи с длиной волны менее 10 нм обладают наибольшей проникающей способностью. Эффект ионизирующего излучения зависит от его дозы и продолжительности воздействия. Возникающие фотохимические изменения сопровождаются мутацией или гибелью клетки.

К химическим факторам относятся кислород воздуха, концентрации водородных ионов (рН), окислительно-восстановительный потенциал (Еh). антимикробные вещества (антибиотики, антисептики, антиметаболиты, консервирующие и дезинфицирующие вещества)

По отношению к кислороду воздуха все микроорганизмы подразделяют на три группы: облигатные аэробы – растут только в присутствии кислорода; факультативные анаэробы – могут расти в присутствии незначительного доступа кислорода воздуха; облигатные анаэробы – растут только в отсутствии кислорода. Необходимо разобраться, наличие каких ферментов позволяет аэробным микроорганизмам существовать в присутствии кислорода воздуха.

Микроорганизмы могут размножаться в довольно широком диапазоне рН – от 3 до 8. В зависимости от оптимального значения рН среди микроорганизмов различают ацидофилы, алкалифилы и нейтрофилы. Изменение значения рН среды может повлиять на жизнедеятельность клетки и ее метаболизм. Рост гнилостных бактерий прекращается при снижении рН среды в кислую сторону; на этом основан такой способ консервирования, как маринование.

Некоторые химические вещества подавляет размножение микроорганизмов, из называют антисептиками. Мероприятия по уничтожению микроорганизмов называют дезинфекцией. Следует обратить внимание на то, какие дезинфицирующие вещества могут быть использованы на предприятиях пищевой промышленности, какие требования к ним предъявляются. Целый ряд антибиотиков вызывает гибель микроорганизмов, при этом механизм их действия на микробную клетку различен: одни разрушают клеточную стенку (пенициллин, цефалоспорин), другие нарушают синтез клеточных мембран (нистатин, полимиксины), третьи подавляют синтез белка (тетрациклины, стрептомицин, левомицетин), четвертые подавляют синтез нуклеиновых кислот (актиномицины).

Среди биологических факторов следует рассмотреть различные типы взаимоотношений между микроорганизмами: симбиоз, метабиоз, синергизм, комменсализм, антагонизм, паразитизм. Антагонизм между молочнокислыми и гнилостными бактериями был положен в основу биологического консервирования плодов и овощей.

Работа с учебниками [1] – с.109-123, [2] - с.203-212


Контрольные вопросы

  1. Какие физические факторы влияют на размножение микроорганизмов?
  2. На какие группы делят микроорганизмы по отношению к температуре?
  3. Чем отличается пастеризация от стерилизации?
  4. В каком диапазоне активности воды могут размножаться бактерии, дрожжи и плесени?
  5. Что такое плазмолиз и плазмоптиз?
  6. Какие способы консервирования основаны на повышении осмотического давления среды?
  7. Каков механизм действия на клетку ультразвука и токов СВЧ?
  8. Какие изменения в ДНК клетки происходят при УФ- и ионизирующем облучении?
  9. Почему анаэробные микроорганизмы не могут расти в присутствии кислорода воздуха?
  10. Какие Вы знаете антисептики?
  11. Что такое антиметаболиты? Какие из них Вам известны?
  12. Назовите микроорганизмы, относящиеся к ацидофилам, нейтрофилам и алкалифилам
  13. Что такое симбиоз, метабиоз и синергизм?
  14. Приведите примеры антагонизма и паразитизма среди микроорганизмов


Раздел 3. Экология микроорганизмов


Биосфера как среда обитания микроорганизмов. Распространение микроорганизмов в воздухе. Качественный и количественный состав микрофлоры воздуха жилых и производственных помещений. Роль воздушной сферы в контаминации пищевых продуктов патогенными микроорганизмами.

Микрофлора воды. Санитарно-гигиеническая оценка качества питьевой воды. Понятие о микробном числе, коли-титре и коли-индексе.

Микрофлора почвы. Роль почвы в загрязнении пищевых продуктов микроорганизмами.

Взаимоотношения микроорганизмов между собой. Симбиоз, антагонизм, паразитизм. Микроорганизмы – продуценты антибиотиков. Формы симбиотических взаимоотношений. Практическое использование симбиоза и антагонизма в пищевой промышленности.

Микрофлора человека. Микроорганизмы комменсалы. Роль нормальной микрофлоры человека в поддержании иммунного статуса макроорганизма.


После изучения этого раздела дисциплины студент должен з н а т ь:
  • основные места обитания определенных групп микроорганизмов в природе;
  • микробиологические показатели питьевой воды и воды из природных источников

и м е т ь п р е д с т а в л е н и е:
  • о круговороте веществ в природе и роли микроорганизмов в этих процессах
  • о роли микрофлоры воды, воздуха, почвы в распространении инфекционных заболеваний и контаминации пищевых продуктов посторонними микроорганизмами;
  • о микрофлоре человека


Экология (от греч. oikos – дом, местообитание) микроорганизмов изучает развитие и функционирование отдельных видов микроорганизмов и их сообществ (микробиоценозов) в природной среде. Микроорганизмы обитают во всех природных средах и являются обязательными компонентами любой экологической системы.

Хотя атмосфера не является благоприятной средой для развития микроорганизмов, последние находятся в ней постоянно, особенно в нижних ее слоях – тропосфере. В атмосферу микроорганизмы попадают с пылью. Наиболее частыми обитателями тропосферы являются дрожжи, грибы, сарцины, микрококки, стафилококки. В воздухе жилых помещений могут присутствовать болезнетворные микроорганизмы. Содержание микробов в воздухе зависит от времени года, выпадения осадков, Следует знать, что воздух производственных помещений может стать источником контаминации сырья и готовой продукции посторонними микроорганизмами. Микробиологическое исследование воздуха закрытых помещений занимает важное место при очистке его от бактериального загрязнения.

Количество микроорганизмов в воде зависит от природы источника: наиболее чисты воды артезианских колодцев (не более 10 в 1см3) и глубоководных озер; наибольшее количество микроорганизмов обнаруживается в прудах, ручьях и озерах вблизи густо населенных городов и деревень (до 106 в 1см3). Следует отметить, что целый комплекс водных микроорганизмы участвует в биологическом самоочищении водоемов. Определенные группы микроорганизмов участвуют также в очистке сточных вод. Для биологической очистки сточных вод создаются специальные сооружения. Питьевая вода должна соответствовать определенным санитарно-бактериологическим показателям. Наиболее важными их них являются общее микробное число, коли-титр и коли-индекс.

Использование воды, содержащей большое количество микроорганизмов, может послужить причиной порчи пищевых продуктов.

Почва богато населена различными группами микроорганизмов, особенно ее верхний слой. На 1 г почвы в этом слое приходится от 107 до 109 микробных клеток. Доминирующими группами в почве являются бактерии и бациллы – около 70-90 % всей микрофлоры; 10-30 % занимают актиномицеты и до 1 % – грибы. Микроорганизмы почвы участвуют в минерализации органических веществ, в осуществлении непрерывного круговорота биогенных элементов: углерода, азота, серы и др. Почва является основным источником микроорганизмов, откуда они попадают в воздух, воду и пищевые продукты.

В естественной среде микроорганизмы существуют в сложных сообществах – микробиоценозах, в которых устанавливаются определенные взаимоотношения между разными видами. Взаимоотношения между микроорганизмами могут быть разделены на симбиотические – симбиоз, метабиоз, синергизм, и конкурентные – антагонизм, паразитизм и хищничество. Необходимо дать определение этих типов взаимоотношений и привести примеры. В этой теме следует обратить внимание на образование микроорганизмами антибиотиков и бактериоцинов и рассмотреть механизм их действия на микробную клетку.

Человек и животные с момента своего рождения окружены микроорганизмами. Они поселяются как на поверхности кожи, так и в открытых полостях – верхних дыхательных путях, кишечнике, мочеполовой системе. Между микро- и макроорганизмами устанавливаются определенные взаимоотношения, называемые комменсализмом. Микрофлора, обитающая в организме человека и не вызывающая нарушений его физиологических функций, называется нормальной. Она сформировалась в процессе эволюции как симбиотическая микрофлора. Здесь следует ознакомиться с основными представителями нормальной микрофлоры человека и ее роли в организме человека.


Работа с учебниками [1 – с. 96-109], [2 – с. 501-510]


Контрольные вопросы
  1. Каковы места обитания микроорганизмов?
  2. Почему в атмосфере городов, сел, над водоемами, лесными массивами количество микроорганизмов различно?
  3. Какова роль воздуха закрытых помещений в распространении инфекционных болезней?
  4. Какова численность воды в разных водоемах?
  5. Как происходит самоочищение воды?
  6. Какие сооружения строят для очистки сточных вод?
  7. По каким показателям определяют санитарно-бактериологические показатели питьевой воды?
  8. Какие микроорганизмы обитают в почве?
  9. Какие микроорганизмы присутствуют в органах дыхания и кишечном тракте человека?
  10. Что такое дисбактериоз, нормальная микрофлора человека, пробиотики?


Раздел 4. Физиология микроорганизмов


Понятие об обмене веществ (метаболизме) у микроорганизмов. Конструктивный и энергетический обмен, их взаимосвязь. Роль ферментов в метаболизме микроорганизмов. Общая характеристика ферментов.

Конструктивные процессы. Питание микроорганизмов и биосинтез веществ микробных клеток. Питательные потребности микроорганизмов в источниках углерода, азота, микро- и макроэлементах, факторах роста. Питательные среды, их характеристика. Типы питания микроорганизмов. Механизмы поступления питательных веществ в клетку.

Энергетические процессы. Способы получения энергии микроорганизмами: фотосинтез, аэробное и анаэробное дыхание, неполное окисление, брожение. Важнейшие биохимические процессы, вызываемые микроорганизмами и их промышленное значение.

Спиртовое брожение, вызываемое дрожжами и бактериями. Химизм спиртового брожения, его три формы по Нойбергу. Отношение дрожжей к кислороду воздуха. Эффект Пастера. Роль спиртового брожения в различных отраслях пищевой промышленности.

Молочнокислое брожение. Характеристика молочнокислых бактерий. Химизм гомо- и гетероферментативного молочнокислого брожения. Роль молочнокислых бактерий в производстве ферментированных молочных продуктов.

Маслянокислое и ацетонобутиловое брожение, химизм этих процессов и характеристика возбудителей. Роль маслянокислых бактерий в пищевой и микробиологической промышленности.

Пропионовокислое брожение, его химизм и характеристика возбудителей. Роль пропионовокислого брожения в производстве сыров.

Муравьинокислое и бутандиоловое брожение, химизм этих процессов. Характеристика бактерий, вызывающих данные типы брожения.

Неполные окисления органических веществ микроорганизмами. Образование уксусной кислоты уксуснокислыми бактериями, других органических кислот (лимонной, щавелевой, яблочной, янтарной, итаконовой и др.) – микромицетами. Практическое значение этих процессов.

Разложение микроорганизмами природных органических соединений. Механизм расщепления жиров под действием микроорганизмов. Характеристика возбудителей. Превращения азотсодержащих органических веществ, вызванные микроорганизмами. Аммонификация (гниение) белков. Характеристика гнилостных бактерий. Разложение полисахаридов микроорганизмами. Значение этих процессов в пищевой промышленности.


После изучения этого раздела дисциплины студент должен з н а т ь:
  • основные способы получения энергии микроорганизмами;
  • роль ферментов в метаболизме микроорганизмов;
  • типы питания микроорганизмов и механизм поступления питательных веществ в клетку;
  • основные типы брожений;
  • механизм аэробного и анаэробного дыхания микроорганизмов;
  • процессы разложения микроорганизмами белков, липидов, полисахаридов

и м е т ь п р е д с т а в л е н и е:
  • об участии микроорганизмов в круговороте веществ в природе;
  • о роли микроорганизмов в изменении качества пищевых продуктов.


Обмен веществ клетки состоит из двух взаимосвязанных процессов – катаболизма и анаболизма, которые протекают одновременно и составляют сущность метаболизма. У микроорганизмов типы метаболизма определяются их способностью использовать соответствующие источники энергии и накапливать основные продукты обмена.

Жизнедеятельность микроорганизмов связана с непрерывным расходованием энергии, необходимой для переноса питательных веществ в клетку, для активного движения и для синтеза биополимеров. У микроорганизмов известны три способа получения энергии: путем использования энергии видимого света (фототрофы), путем окисления органических веществ (хемотрофы) и путем окисления минеральных соединений (литотрофы).

Питание микроорганизмов осуществляется благодаря наличию в клетке различных ферментов. При изучении этой темы из курса биохимии следует вспомнить классификацию ферментов, их свойства, строение простетических групп. Среди ферментов микроорганизмов различают экзо- и эндоферменты. Экзоферменты выделяются клеткой во внешнюю среду и катализируют реакции гидролиза сложных органических соединений на более простые, доступные для клетки. Эндоферменты функционируют только внутри клетки. В зависимости от условий образования ферменты разделяют на конститутивные – синтезируемые клеткой вне зависимости от субстрата, и индуцибельные - синтезируемые только в присутствии необходимого для клетки субстрата.

Для питания микроорганизмов необходимы все те же элементы, из которых состоит клетка. В связи с этим необходимо изучить химический состав микробной клетки. Наиболее важными из них являются углерод, азот, кислород, водород. Типы питания микроорганизмов классифицированы на основании источника энергии, источника углерода и донора электронов. Поступление питательных веществ регулируется плазматической мембраной, в которой локализованы ферменты переноса питательных веществ в клетку – пермеазы и транслоказы. Необходимо разобрать механизмы переноса питательных веществ в клетку.

В зависимости от конечного акцептора электронов окисляемого субстрата микроорганизмы могут осуществлять аэробноt дыхание, анаэробное дыхание и брожение. При брожении акцептором водорода являются органические соединения, образующиеся в реакциях окисления.

Особое внимание в этом разделе следует уделить изучению основных видов брожения, а также ферментативных процессов, в результате которых происходит порча пищевых продуктов (гниение, расщепление жира, полисахаридов)

При изучении видов брожения рекомендуется придерживаться следующего порядка:

- дать определение данному процессу и представить его суммарным уравнением;

- разобрать подробный химизм брожения и обратить внимание на ферменты, катализирующие отдельные реакции;

- изучить свойства возбудителей брожения и привести примеры отдельных представителей;

- рассмотреть влияние условий среды и наличия конечных продуктов на интенсивность процесса и выход продуктов метаболизма;

- уяснить промышленное использование данного вида брожения.

Разберитесь с механизмом спиртового, пропионовокислого, маслянокислого, муравьинокислого, гомо- и гетероферментативного молочнокислого брожения.

При аэробном дыхании акцептором водорода является кислород, а при анаэробном – неорганические окисленные соединения - нитраты, сульфаты, карбонаты. Некоторые аэробные микроорганизмы в узких местах метаболических путей накапливают промежуточные продукты метаболизма, в частности уксусную, лимонную, щавелевую и другие органические кислоты. В этом случае говорят о неполных окислениях.

Далее следует рассмотреть процессы разложения микроорганизмами природных веществ (белков, липидов, полисахаридов). Необходимо знать, какие микроорганизмы могут осуществлять эти процессы.

Микроорганизмы играют первостепенную роль в круговороте азота, углерода, серы и других элементов. Цикл превращений азота состоит из четырех этапов: фиксация молекулярного азота, аммонификация, нитрификация и денитрификация. На каждом из этих этапов превращения соединений азота осуществляют определенные группы микроорганизмов. Особое внимание обратите на аммонификацию и характеристику гнилостных микроорганизмов.

Работа с учебниками [1 – с. 56-72, 124-139, 140-156]; [2 - с.213-302, 213-302, 403-439]

Контрольные вопросы

  1. Какие вещества входят в состав микробной клетки?
  2. В результате каких процессов микроорганизмы получают энергию?
  3. Какими ферментами оснащена бактериальная клетка?
  4. В чем разница между конститутивными и индуцибельными ферментами?
  5. На какие группы делят микроорганизмы по типам питания?
  6. Какие ферменты участвуют в переносе питательных веществ в микробную клетку?
  7. Какие известны механизмы переноса питательных веществ в клетку?
  8. Как протекает аэробное дыхание? Каков выход энергии при этом процессе?
  9. Что такое анаэробное дыхание? Как осуществляется нитратное, сульфатное и карбонатное дыхание?
  10. Какие продукты метаболизма образуются при гомо- и гетероферментативном молочнокислом брожении?
  11. Какие три формы спиртового брожения Вы знаете? Что такое эффект Пастера?
  12. Какие продукты метаболизма образуются при маслянокислом и пропионовокислом брожении?
  13. Чем отличается брожение, вызываемое Escherichia coli и Enterobacter aerogenes?
  14. Как протекает аэробное и анаэробное дыхание?
  15. При каких условиях гриб Aspergillus niger образует лимонную и щавелевую кислоту?
  16. Какие органические кислоты образуют при неполных окислениях грибы зигомицеты?
  17. Какие микроорганизмы способны осуществлять фиксацию молекулярного азота?
  18. В чем сущность нитрификации и денитрификации?
  19. Какие продукты образуются при аммонификации ?
  20. Какие продукты образуются при гнилостном распаде белка?


Раздел 5. Культивирование микроорганизмов


Чистые культуры микроорганизмов. Методы их выделения из накопительной культуры. Способы культивирования микроорганизмов. Поверхностное и глубинное культивирование микроорганизмов. Создание аэробных и анаэробных условий при культивировании микроорганизмов. Кривая роста микроорганизмов в периодических условиях, особенности отдельных фаз роста. Основные параметры роста микроорганизмов: удельная скорость роста, время генерации, экономический коэффициент роста, урожай. Влияние концентрации питательных веществ и продуктов метаболизма на скорость роста микроорганизмов.

Непрерывное культивирование микроорганизмов, его основной принцип. Системы непрерывного культивирования. Хемостат и турбидостат. Преимущества и недостатки непрерывного культивирования.


После изучения этого раздела дисциплины студент должен з н а т ь:
  • питательные среды, используемые для культивирования микроорганизмов;
  • фазы кривой роста микроорганизмов в периодических условиях;
  • условия роста и параметры периодической культуры;
  • принципы непрерывного культивирования микроорганизмов

и м е т ь п р е д с т а в л е н и е
  • о системах непрерывного культивирования микроорганизмов


В лабораторных и производственных условиях выращивают чистые культуры микроорганизмов. Чистой культурой называют потомство, полученное из одной клетки. Чистую культуру изолируют из накопительных культур в виде отдельной колонии. Накопительной культурой является популяция микроорганизмов, в которой преобладают представители близкородственных видов или даже одного вида.

Для культивирования микроорганизмов используют питательные среды, среди которых различают синтетические среды с известным составом компонентов и естественные (эмпирические) среды сложного состава. На синтетических средах выращивают микроорганизмы, неприхотливые к источникам питания. Более требовательные микроорганизмы помимо элементов минерального питания и источников углерода нуждаются в некоторых дополнительных веществах, называемых факторами роста. К ним относятся три группы соединений: аминокислоты, витамины и азотистые основания (пурины и пиримидины). Поэтому для культивирования таких микроорганизмов используют такие сложные среды как молоко натуральное и гидролизованное, пивное сусло, мясопептонный бульон, мелассу, различные отвары или настои овощей и др. Микроорганизмы, нуждающиеся в факторах роста, называют ауксотрофными, а организмы, способные сами их синтезировать – прототрофными.

Для выделения определенных групп микроорганизмов из природных источников или пищевых продуктов используют элективные (избирательные), а для отличия одной группы микробов от другой – дифференциально-диагностические среды.

Студенту следует хорошо знать стадии роста микроорганизмов при периодическом культивировании, характер кривой роста, параметры периодической культуры: урожай, удельную скорость роста, время генерации, экономический коэффициент роста. В условиях периодического культивирования на скорость роста микроорганизмов существенное влияние оказывают концентрация питательных веществ субстрата и продуктов метаболизма. Следует знать характер этих зависимостей и уравнения Моно и Иерусалимского.

Принцип непрерывного культивирования заключается в непрерывной подаче питательной среды в культиватор с постоянным объемом и отводе такого же количества использованной среды вместе с размножившимися клетками. Основным условием непрерывного культивирования микроорганизмов является равенство между удельной скоростью роста микроорганизмов (µ) и скоростью разбавления питательной среды в культиваторе (D). Разработаны различные системы непрерывного культивирования, различающиеся по количеству ферментеров (одно- и многоступенчатые), способу подачи питательной среды (одно- и многопоточные), распределению клеток в среде (гомо- и гетерогенные), заданию исходных параметров (хемостат и турбидостат)


Работа с учебниками [1 – с.73-77]; [2 – с.176-203]


Контрольные вопросы

  1. Что такое чистая и накопительная культура?
  2. Какие Вы знаете питательные среды?
  3. Что такое факторы роста?
  4. Чем отличаются ауксотрофные микроорганизмы от прототрофных?
  5. Как определяют удельную скорость роста бактерий?
  6. Каковы закономерности размножения микроорганизмов в периодических условиях?
  7. Назовите основные фазы на «кривой роста»
  8. От каких факторов зависит длительность лаг-фазы?
  9. Каков основной принцип непрерывного культивирования микроорганизмов?
  10. При каком условии микроорганизмы не будут вымываться из ферментера в процессе непрерывного культивирования?
  11. Чем отличается хемостат от турбидостата?


Раздел 6 . Основы генетики микроорганизмов


Понятие о наследственности и изменчивости. Генотип и фенотип. Формы изменчивости. Генетические рекомбинации. Мутации. Селекция микроорганизмов. Сущность генной инженерии.


После изучения этого раздела дисциплины студент должен з н а т ь:
  • генетический аппарат прокариот
  • различия между генотипом и фенотипом
  • механизмы передачи генетической информации
  • основные формы изменчивости микроорганизмов;

и м е т ь п р е д с т а в л е н и е
  • о мутагенных агентах и типах мутаций;
  • о сущности генной инженерии


Генетика – наука о наследственности и изменчивости организмов – изучает механизмы передачи генетической информации, исследует закономерности проявления и изменения наследственных признаков.

Основной генетической структурой прокариотической клетки является бактериальная хромосома или нуклеоид, представляющий гигантскую молекулу ДНК, замкнутую в кольцо. Вдоль хромосомы линейно располагаются гены. Бактерии, как и все прокариоты гаплоидны, т.е. генетический материал у них представлен одним набором генов. У многих бактерий обнаружены внехромосомные генетические элементы: плазмиды, умеренные фаги и мигрирующие элементы – транспозоны и IS-элементы (от англ. insertion sequences – вставные последовательности). Плазмиды – это линейные или кольцевые молекулы, содержащие от 1,5 до 40 тыс пар нуклеотидов. О присутствии плазмид в бактериальной клетке судят по проявлению определенных признаков, к которым относятся устойчивость к лекарственным препаратам – R-фактор, способность к переносу генов при половом процессе – F-фактор, синтез веществ антибиотической природы – бактериоцинов, способность расщеплять ряд веществ. Отличительная особенность плазмид – способность к автономной репликации. Транспозоны и IS-элементы представляют собой линейные молекулы ДНК, которые содержат от 2 до 20 тыс пар нуклеотидов. В отличие от плазмид, эти мигрирующие элементы неспособны к автономной репликации. Мигрирующие элементы могут встраиваться в разные участки бактериальной хромосомы или мигрировать с бактериальной хромосомы на плазмиду. IS-элементы содержат информацию, необходимую только для их переноса внутри клетки, никаких признаков в них не закодировано. Транспозоны содержат некоторые гены, например, устойчивости к антибиотикам, ионам тяжелых металлов и другим ингибиторам. Для переноса мигрирующих элементов нужны переносчики, которыми могут быть определенные плазмиды или фаги.

Генотипом называют совокупность всех генов, присущих данному организму. Под фенотипом понимают сумму реализованных в разных условиях признаков организма. В зависимости от условий организмы одного генотипа могут образовывать особи с разными фенотипами.

Изменения в мире микроорганизмов могут быть разными. Различают фенотипические изменения, которые связаны с условиями среды и не передаются по наследству, и генотипические, возникающие в результате мутаций или рекомбинаций генетического материала. При изучении этого раздела следует разобрать формы изменчивости микроорганизмов, ознакомиться с исследованиями, позволившими обнаружить три основных способа, приводящих к рекомбинации генетического материала прокариот: трансформация, трансдукция и конъюгация.

В настоящее время в молекулярной биологии получило развитие новое направление – генетическая инженерия, основной задачей которой является конструирование, выделение и пересадка определенных генов из одних клеток в другие.


Работа с учебниками [1 – с. 81-96]; [2 – с. 434–453]


Контрольные вопросы
  1. Что изучает генетика микроорганизмов?
  2. В каких структурах бактериальной клетки заключена генетическая информация?
  3. Чем отличается генотип от фенотипа?
  4. Что такое плазмиды? Какие признаки они кодируют?
  5. Каковы формы изменчивости микроорганизмов?
  6. Какие формы фенотипической изменчивости Вы знаете?
  7. Какие формы комбинативной изменчивости известны у прокариот?
  8. Что такое мутации?
  9. Чем отличаются спонтанные мутации от индуцированных?

Какие мутагенные агенты Вы знаете?


Раздел 7. Основы микробиологического и санитарно-гигиенического контроля в пищевой промышленности


Санитарно-показательные микроорганизмы, предъявляемые к ним требования. Характеристика бактерий группы кишечной палочки (БГКП). Микробиологический и санитарно-гигиенический контроль сырья, вспомогательных материалов, воды и воздуха на пищевых предприятиях. Значение микробиологического контроля в улучшении качества продукции. Санитарная микробиология в пищевой промышленности и ее задачи. Патогенные микроорганизмы, их основные свойства. Факторы, обусловливающие патогенность и вирулентность микроорганизмов: адгезия, инвазивность, токсинообразование, наличие капсулы. Экзо- и эндотоксины патогенных микроорганизмов. Инфекция, ее источники и пути передачи. Понятие об иммунитете. Виды иммунитета. Факторы иммунитета. Антигены и антитела.

Пищевые продукты как источники инфекционных заболеваний, меры по предупреждению их распространения. Антропонозные и зооантропонозные заболевания, возникающие при употреблении контаминированных пищевых продуктов. Характеристика возбудителей пищевых инфекций.

Пищевые отравления: токсикоинфекции и токсикозы, характеристика их возбудителей.

Мероприятия по предотвращению пищевых отравлений.


После изучения этого раздела дисциплины студент должен з н а т ь:
  • санитарно-показательные микроорганизмы и требования, предъявляемые к ним;
  • характеристику бактерий семейства Enterobacteriaceae$
  • свойства патогенных микроорганизмов и источники их распространения;
  • виды и факторы иммунитета
  • пищевые отравления микробной природы и характеристику возбудителей;

и м е т ь п р е д с т а в л е н и е:
  • об основных микробиологических показателях пищевых продуктов


Санитарная микробиология служит для предупреждения различных заболеваний человека, вызываемых патогенными микроорганизмами. Непосредственное определение патогенных микроорганизмов во внешней среде затруднительно, поэтому для санитарной оценки объектов используют методы качественного и количественного учета санитарно-показательных микроорганизмов, сопутствующих патогенным. К санитарно-показательным микроорганизмам относят бактерии группы кишечных палочек (БГКП), бактерии рода Proteus, Clostridium perfringens, энтерококки, колифаги, стрептококки, стафилококки. Эти микроорганизмы постоянно присутствуют в различных полостях организма человека и животных и не обитают во внешней среде. Показателем безопасности большинства пищевых продуктов служит отсутствие БГКП в определенном количестве продукта. Следует знать, какие представители кишечного семейства входят в эту группу, как проводят определение БГКП в пищевых продуктах и их идентификацию.

Источниками инфекции пищевых продуктов чаще всего являются больные люди, сырье, полученное от больных животных, реже вспомогательные материалы, вода, технологическое оборудование. При благоприятных условиях патогенные микроорганизмы быстро размножаются и контаминированные ими пищевые продукты могут стать причиной массовых вспышек инфекционных заболеваний. Возникновение и развитие инфекций зависит, в первую очередь, от таких свойств патогенных микроорганизмов, как патогенность и вирулентность. Факторами, обусловливающими патогенность и вирулентность, являются адгезия, инвазионность, наличие токсинов, образование капсулы.

Защитой организма от патогенных микроорганизмов является иммунитет. Разберитесь, какие бывают виды иммунитета, как построена иммунная система, что обеспечивает специфическую и неспецифическую защиту организма от инфекции.

Развитие микроорганизмов в пищевых продуктах, может привести к пищевому отравлению. Различают пищевые токсикоинфекции и токсикозы. Токсикоинфекции вызывает употребление продуктов, в которых содержится массированная доза определенного вида бактерий (кишечных палочек, палочки протея, энтерококков, Clostridium perfringens, Bacillus cereus). В кишечном тракте человека микроорганизмы погибают и высвобождают эндотоксины, поступающие в кровь.

Токсикозы возникают в результате употребления продуктов, содержащих токсины микроорганизмов, выделившиеся в процессе их жизнедеятельности Возбудителями токсикозов являются палочка ботулизма, золотистый стафилококк, некоторые представители мицелиальных грибов. Следует обратить внимание на то, что пищевые отравления не передаются непосредственно от больного человека здоровому и этим в корне отличаются от инфекционных заболеваний.


Работа с учебником [1 – с.179-255];


Контрольные вопросы

  1. Что такое санитарно-показательные микроорганизмы?
  2. Какие микроорганизмы относят к БГКП ?
  3. Как проводят определение БГКП в пищевых продуктах?
  4. По каким тестам проводят идентификацию БГКП?
  5. Назовите источники инфицирования пищевых продуктов патогенными микроорганизмами
  6. Дайте определение патогенности и вирулентности
  7. Что такое адгезия и инвазионность патогенных микроорганизмов?
  8. Чем отличаются экзотоксины от эндотоксинов?
  9. Что такое искусственный активный и пассивный иммунитет?
  10. Чем отличаются токсикозы от токсикоинфекций
  11. Какие микроорганизмы являются возбудителями токсикозов?



РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

Основная
  • Учебники:

  1. Асонов Н.Р. Микробиология.- М.: Колос, 1997. – 352 с.
  2. Шлегель Г. Общая микробиология. – М.: Мир, 1987. – 567 с.



  • Лабораторный практикум:

1. Красникова Л.В., Гунькова П.И. Лабораторный практикум по общей биологии, биологии и микробиологии (учебное пособие).СПб.: СПбГУНиПТ, 2005. – 80 с

Дополнительная

  1. Мудрецова-Висс К.А. и др. Микробиология, санитария и гигиена: Учебник для вузов. – М.: Деловая литература, 2001. – 378 с.
  2. Карцев В.В., Белова Л.В., Иванов В.П. Санитарная микробиология

пищевых продуктов. – СПб.: СПбГМА им.И.И.Мечникова, 2000.- 312 с.

3. Гусев М.В., Минеева Л.А. Микробиология: учебник для студ. биол.

специальностей вузов. – 4-е изд.., стер. – М.: Издательский центр

«Академия», 2003. – 464 с.
  1. Сайты:

  1. www. chemport.ru (/microbiology.shtml)
  2. evolution.powement.ru/librari/micro
  3. wikipedia.jrg.
  4. cfsan.fda.gov.
  5. www..medliter.ru



ОГЛАВЛЕНИЕ

Стр


Предисловие 3

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ 4

Раздел 1. Морфология и систематика микроорганизмов 4

Раздел 2. Действие экологических факторов на микроорганизмы 7

Раздел 3. Экология микроорганизмов 11

Раздел 4. Физиология микроорганизмов 14

Раздел 5. Культивирование микроорганизмов 18

Раздел 6 . Основы генетики микроорганизмов 20

Раздел 7. Основы микробиологического и санитарно-

гигиенического контроля в пищевой промышленности 22

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА 26


Красникова Людмила Васильевна

Гунькова Полина Исаевна


МИКРОБИОЛОГИЯ


Рабочая программа и методические указания

к самостоятельной работе для студентов,
обучающихся специальностям 260202, 260204, 260504 и бакалавров направления 260100, дневной формы обучения


Редактор


Корректор


Компьютерная верстка


Директор ИПЦ


ЛР № 020414 от 12.02.97.

Подписано в печать Формат 60х84 1/16 Печать офсетная.

Усл. печ. л. Печ. л. Уч.- изд. л..

Тираж экз. Заказ № С


СПбГУНиПТ, 190002, Санкт-Петербург, ул. Ломоносова,9

ИПЦ СПбГУНиПТ, 190002, Санкт-Петербург, ул. Ломоносова,9