Иллюстрационное пособие по общей микробиологии
.pdfФедеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
“Уральский государственный медицинский университет” Министерства здравоохранения Российской Федерации
Кафедра микробиологии, вирусологии и иммунологии
Литусов Н.В.
ОБЩАЯ МИКРОБИОЛОГИЯ
Электронное учебное пособие (издание второе, исправленное и дополненное)
Екатеринбург
2020
2
УДК 579
Рецензент: профессор кафедры эпидемиологии ФГБОУ ВО УГМУ доктор медицинских наук профессор Слободенюк А.В.
Литусов Н.В. Общая микробиология. Электронное учебное пособие (издание второе, исправленное и дополненное). – Екатеринбург: Изд-во УГМУ, 2020. – 562 с.
Электронное учебное пособие “Общая микробиология” подготовлено в качестве информационного сопровождения самостоятельной работы студентов, ординаторов и аспирантов, осваивающих основные образовательные программы высшего профессионального образования укрупненной группы специальностей Здравоохранение, разработанные на основе ФГОС ВО и Профессиональных стандартов и предусматривающие формирование знаний по микробиологии и вирусологии.
В электронном учебном пособии приводятся сведения по морфологии, физиологии, генетике, экологии микроорганизмов, основам инфектологии и эпидемиологии инфекционных болезней. Каждый раздел сопровождается контрольными вопросами и тренировочными тестами. Пособие содержит обширный иллюстративный материал, способствующий усвоению изучаемых вопросов.
Электронное учебное пособие поможет в работе студентов, ординаторов и аспирантов как непосредственно на практических занятиях, так и при подготовке к занятиям, зачетам и экзаменам.
© ФГБОУ ВО УГМУ, 2020
© Литусов Н.В.
|
3 |
Содержание |
|
1. Введение в микробиологию ........................................................................................... |
7 |
1.1. Мир микробов и их роль в жизни человека............................................................... |
7 |
1.2. Положение микробов в системе живых существ...................................................... |
8 |
1.3. Предмет и задачи медицинской микробиологии .................................................... |
11 |
1.4. Виды и разделы микробиологии............................................................................... |
12 |
1.5. Связь микробиологии с другими науками............................................................... |
14 |
1.6. Вопросы для контроля усвоения материала ............................................................ |
15 |
1.7. Тренировочные тестовые задания ............................................................................ |
15 |
2. История микробиологии ............................................................................................... |
17 |
2.1. Эвристический период............................................................................................... |
17 |
2.2. Морфологический период ......................................................................................... |
21 |
2.3. Физиологический период .......................................................................................... |
27 |
2.4. Иммунологический период ....................................................................................... |
40 |
2.5. Молекулярно-генетический период ......................................................................... |
45 |
2.6. Вклад отечественных ученых в развитие микробиологии, вирусологии и |
|
иммунологии...................................................................................................................... |
47 |
2.7. Научно-исследовательские учреждения микробиологического профиля России |
|
............................................................................................................................................. |
52 |
2.8. Вопросы для контроля усвоения материала ............................................................ |
64 |
2.9. Тренировочные тесты ................................................................................................ |
64 |
3. Систематика и номенклатура микробов ..................................................................... |
70 |
3.1. Основные принципы систематики микробов .......................................................... |
70 |
3.2. Таксономические категории...................................................................................... |
77 |
3.3. Номенклатура микробов ....................................................................................... |
81 |
3.4. Понятие о культуре, клоне, штамме микроорганизмов. ........................................ |
83 |
3.5. Особенности систематики вирусов, грибов и простейших ................................... |
83 |
3.5.1. Особенности систематики вирусов ....................................................................... |
83 |
3.5.2. Особенности систематики грибов ......................................................................... |
85 |
3.5.3. Особенности систематики простейших ................................................................ |
87 |
3.6. Вопросы для контроля усвоения материала ............................................................ |
87 |
3.7. Тренировочные тесты ................................................................................................ |
88 |
4. Морфология и структура микробов ............................................................................ |
90 |
4.1. Основные формы бактерий ....................................................................................... |
90 |
4.2. Структура бактериальной клетки ........................................................................... |
104 |
4.3. Вопросы для контроля усвоения материала .......................................................... |
127 |
4.4. Тренировочные тесты .............................................................................................. |
128 |
5. Бактериоскопические методы исследования............................................................ |
140 |
5.1. Введение .................................................................................................................... |
140 |
5.2. История открытия микроскопа ............................................................................... |
141 |
5.3. Устройство светового микроскопа ......................................................................... |
144 |
5.4. Разновидности световой микроскопии .................................................................. |
152 |
5.5. Правила обращения со световым микроскопом ................................................... |
160 |
5.6. Электронная микроскопия....................................................................................... |
160 |
5.7. Оборудование рабочего места для микроскопирования ...................................... |
165 |
|
4 |
5.8. Подготовка предметных стекол для микроскопического исследования............ |
166 |
5.9. Приготовление препаратов для микроскопирования микробов в живом |
|
состоянии.......................................................................................................................... |
167 |
5.10. Приготовление препаратов для микроскопирования микробов в окрашенном |
|
состоянии.......................................................................................................................... |
168 |
Приложение 5.1. Рецепты приготовления растворов красителей .............................. |
179 |
Приложение 5.2. Методы окрашивания микробов ...................................................... |
181 |
5.11. Вопросы для контроля усвоения материала ........................................................ |
183 |
5.12. Тренировочные тесты ............................................................................................ |
184 |
6. Строение и репродукция вирусов.............................................................................. |
186 |
6.1. Форма и размеры вирусов ....................................................................................... |
186 |
6.2. Структура вирусов ................................................................................................... |
189 |
6.3. Типы симметрии вирусов ........................................................................................ |
192 |
6.4. Вирусный геном ....................................................................................................... |
195 |
6.5. Вирусные белки ........................................................................................................ |
198 |
6.6. Липиды и полисахариды вирусов........................................................................... |
200 |
6.7. Классификация вирусов........................................................................................... |
200 |
6.8. Жизненный цикл вирусов........................................................................................ |
201 |
6.9. Культивирование вирусов ....................................................................................... |
207 |
6.10. Вопросы для контроля усвоения материала ........................................................ |
214 |
6.11. Тренировочные тесты ............................................................................................ |
215 |
7. Строение и свойства бактериофагов ......................................................................... |
221 |
7.1. Введение .................................................................................................................... |
221 |
7.2. Классификация бактериофагов ............................................................................... |
224 |
7.3. Строение и химический состав бактериофагов .................................................... |
226 |
7.4. Резистентность фагов............................................................................................... |
234 |
7.5. Взаимодействие фага с бактериальной клеткой ................................................... |
234 |
7.6. Участие бактериофагов в генетическом обмене у бактерий ............................... |
240 |
7.7. Практическое применение бактериофагов ............................................................ |
241 |
7.8. Выделение и производство бактериофагов ........................................................... |
245 |
7.9. Вопросы для контроля усвоения материала .......................................................... |
248 |
7.10. Тренировочные тесты ............................................................................................ |
248 |
8. Физиология бактерий .................................................................................................. |
254 |
8.1. Химический состав бактерий .................................................................................. |
254 |
8.2. Ферменты бактерий и их выявление ...................................................................... |
256 |
8.3. Механизмы транспорта веществ внутрь бактериальной клетки ......................... |
264 |
8.4. Метаболизм бактерий .............................................................................................. |
266 |
8.4.1. Энергетический метаболизм бактерий................................................................ |
270 |
8.4.2. Конструктивный метаболизм бактерий .............................................................. |
274 |
8.5. Транспорт веществ из бактериальной клетки ....................................................... |
276 |
8.6. Рост и размножение бактерий ................................................................................. |
281 |
8.7. Питательные среды ................................................................................................... |
283 |
8.8. Вопросы для контроля усвоения материала ......................................................... |
289 |
8.9. Тренировочные тесты .............................................................................................. |
289 |
9. Культуральное исследование ...................................................................................... |
294 |
9.1. Отбор, хранение и транспортировка материала.................................................... |
294 |
|
5 |
9.2. Посев материала на питательные среды и выделение чистой культуры |
|
аэробных бактерий .......................................................................................................... |
296 |
9.3. Посев материала на питательные среды и выделение чистой культуры |
|
анаэробных бактерий ...................................................................................................... |
301 |
9.4. Вопросы для контроля усвоения материала .................................................. |
305 |
9.5. Тренировочные тесты ............................................................................................... |
305 |
10. Генетика бактерий ..................................................................................................... |
308 |
10.1. Наследственный аппарат бактерий ...................................................................... |
308 |
10.2. Изменчивость бактерий ......................................................................................... |
322 |
10.3. Понятие о генной инженерии................................................................................ |
338 |
10.4. Вопросы для контроля усвоения материала ........................................................ |
344 |
10.5. Тренировочные тесты ............................................................................................ |
344 |
11. Экология микробов ................................................................................................... |
350 |
11.1. Распространение и роль микробов в природе ..................................................... |
350 |
11.2. Микробиоценоз почвы........................................................................................... |
352 |
11.3. Микробиоценоз воды ............................................................................................. |
359 |
11.4. Микробиоценоз воздуха ........................................................................................ |
365 |
11.5. Микробиоценоз организма человека.................................................................... |
370 |
11.6. Вопросы для контроля усвоения материала ........................................................ |
385 |
11.7. Тренировочные тесты ............................................................................................ |
385 |
12. Уничтожение микробов в окружающей среде ....................................................... |
389 |
12.1. Асептика .................................................................................................................. |
389 |
12.2. Антисептика............................................................................................................. |
393 |
12.3. Дезинфекция ........................................................................................................... |
397 |
12.4. Стерилизация .......................................................................................................... |
404 |
12.5. Вопросы для контроля усвоения материала ........................................................ |
414 |
12.6. Тренировочные тесты ............................................................................................ |
414 |
13. Антимикробные химиотерапевтические препараты ............................................. |
417 |
13.1. История антибиотикотерапии ............................................................................... |
417 |
13.2. Классификация антимикробных препаратов....................................................... |
423 |
13.3. Продуценты антибиотиков .................................................................................... |
428 |
13.4. Принципы получения антибиотиков .................................................................... |
430 |
13.5. Требования, предъявляемые к антимикробным препаратам ............................. |
432 |
13.6. Определение чувствительности бактерий к антибиотикам ............................... |
434 |
13.7. Антибиотикорезистентность микроорганизмов ................................................. |
440 |
13.8. Характеристика антимикробных препаратов...................................................... |
444 |
13.9. Осложнения и побочные действия антимикробной терапии ............................ |
455 |
13.10. Вопросы для контроля усвоения материала ...................................................... |
457 |
13.11. Тренировочные тесты .......................................................................................... |
458 |
14. Основы инфектологии и эпидемиологии................................................................ |
461 |
14.1. Инфекция, инфекционный процесс, инфекционная болезнь ............................ |
461 |
14.2. Эпидемический процесс ........................................................................................ |
466 |
14.3. Роль микроорганизмов в развитии инфекционного процесса........................... |
472 |
14.3.1. Патогенность и вирулентность микробов ........................................................ |
472 |
14.3.2. Факторы патогенности микробов ...................................................................... |
473 |
14.4. Роль макроорганизма в развитии инфекционного процесса ............................. |
483 |
|
6 |
14.4.1. Врожденные факторы защиты организма от инфекции.................................. |
483 |
14.4.2. Патоген-ассоциированные молекулярные образы и образраспознающие |
|
рецепторы ......................................................................................................................... |
499 |
14.5. Вопросы для контроля усвоения материала ........................................................ |
503 |
14.6. Тренировочные тесты ............................................................................................ |
504 |
15. Методические указания к практическим занятиям.................................................. |
516 |
Список учебной литературы ........................................................................................... |
560 |
7
1.Введение в микробиологию
1.1.Мир микробов и их роль в жизни человека
Наша планета состоит из неживой и живой природы. Живая природа составляет биосферу и включает представителей растительного, животного мира и человека, а также продукты их жизнедеятельности. Живые существа, обитающие на Земле, можно условно разделить на две большие группы: макромир и микромир. К макромиру относятся живые существа, видимые невооруженным глазом (растения, животные, насекомые, человек), а к микромиру - представители живого мира, видимые только с помощью специальных увеличительных приборов. Размеры представителей микромира колеблются от 10 нм (вирусы) до 10 мкм и более (бактерии, грибы, простейшие). Сравнительные размеры живых организмов приведены на рисунке 1.1.
Многоклеточный организм
Вирусы
Бактерии Простейшие
Рисунок 1.1 – Сравнительные размеры живых организмов.
К микромиру относятся представители растительного и животного происхождения: вирусы, бактерии, грибы, простейшие. Всех их можно объединить единым термином - микробы. Среди микробов имеются одноклеточные и многоклеточные организмы, имеющие ядро (эукариоты); организмы, не имеющие оформленного ядра (прокариоты); сложноустроенные неклеточные формы, представляющие собой комплекс нуклеиновых кислот и белков (вирусы); инфекционные белковые макромолекулы (прионы). Все микробы различаются структурой генома. Так, геном простейших включает примерно 5000-10000 генов, бактерий и грибов - до 5000 генов, вирусов - менее 100 генов.
Микробы чрезвычайно широко распространены в природе. Они обитают в почве, воде, атмосфере, а также в организме человека, животных, растений. Видовой состав их очень разнообразен. Например, только бактерий насчитывается более 100000 видов, грибов - до 250000 видов. В организме человека обитает до 1013-14 бактериальных клеток. Среди всех микробов примерно 3500 видов являются патогенными для человека, способными вызывать те или иные инфекционные
8
заболевания.
Роль микробов в природных процессах и в деятельности человека заключается
вследующем:
-микробы участвуют в круговороте веществ в природе, осуществляя процессы азотфиксации, нитрификации, денитрификации и минерализации органических соединений;
-микроорганизмы используются в микробиологических производствах: хлебопечении, пивоварении, виноделии, генной инженерии, производстве молочнокислых продуктов, лечебных и профилактических препаратов (антибиотиков, ферментов, гормонов, вакцин, сывороток, иммуноглобулинов);
-микробы участвуют в процессах очистки окружающей среды от природных и антропогенных загрязнений, в том числе от ксенобиотиков (чужеродных для живых организмов химических веществ, не входящих в биотический круговорот);
-патогенные микроорганизмы являются возбудителями заболеваний человека, животных, растений, вызывают порчу продуктов питания и технических материалов (биоповреждения).
1.2. Положение микробов в системе живых существ
Во времена Аристотеля (рисунок 1.2) живой мир делился на два царства - царство растений и царство животных.
Рисунок 1.2 - Аристотель (384-322 гг. до н. э.). Заимствовано из Интернет-ресурсов.
Обнаруженные в XVII веке микроскопические живые существа были отнесены к царству животных. Однако во второй половине ХIХ века немецкий естествоиспытатель Э. Геккель (рисунок 1.3) пришел к заключению о том, что микроорганизмы по своей структуре существенно отличаются от представителей как царства растений, так и царства животных. Он предложил выделить все микроорганизмы в отдельное царство - Protista (протисты, первосущества). В дальнейшем эта группа организмов была разделена на высшие и низшие протисты. Высшие протисты объединили микроскопических животных (простейших), микроскопические водоросли (кроме сине-зеленых) и микроскопические грибы (плесени, дрожжи). Низшие протисты включили все бактерии и сине-зеленые водоросли.
9
Рисунок 1.3 - Эрнст Геккель (Ernst Heinrich Philipp August Haeckel, 1834-1919 гг.).
Заимствовано из Интернет-ресурсов.
Деление микробов на высшие и низшие протисты было обусловлено типом строения клеток. Выделяют два типа строения клеток живых существ – эукариотический тип (эукариоты) и прокариотический тип (прокариоты). Высшие протисты относятся к эукариотам, а низшие протисты – к прокариотам.
Особенности строения прокариотических и эукариотических клеток представлены в таблице 1.1.
Таблица 1.1 - Строение прокариотической и эукариотической клеток
Структурные компоненты и функции |
Прокариоты |
Эукариоты |
Эндоплазматический ретикулум |
Отсутствуют |
Имеются |
Размер рибосом |
70S |
80S |
Лизосомы |
Отсутствуют |
Имеются |
Митохондрии |
Отсутствуют |
Имеются |
Аппарат Гольджи |
Отсутствует |
Имеется |
Оформленное ядро |
Отсутствует |
Имеется |
Ядерная мембрана |
Отсутствует |
Имеется |
Ядрышко |
Отсутствует |
Имеется |
Митоз |
Отсутствует |
Имеется |
Мейоз |
Отсутствует |
Имеется |
Дыхательная система |
Является частью мембран |
Осуществляется в |
|
или мезосом |
митохондриях |
Фагоцитоз |
Отсутствует |
Имеется |
Внутриклеточное пищеварение |
Отсутствует |
Имеется |
Устойчивость к облучению |
Очень высокая |
Низкая |
Пептидогликаны в составе клеточной |
Имеются |
Отсутствуют |
стенки |
|
|
Тейхоевые кислоты в составе клеточной |
Имеются |
Отсутствуют |
стенки |
|
|
Стерины в составе мембран |
Отсутствуют (имеются у |
Имеются |
|
некоторых микоплазм) |
|
На рисунке 1.4. представлено сравнительное изображение строения |
||
эукариотической и прокариотической клеток. |
|
|
10
Эндоплазматический ретикулум
Ядрышко |
Клеточная стенка |
|
Ядро |
Нуклеоид |
|
Капсула |
||
|
Жгутик
Цитоплазматическая мембрана
|
Рибосомы |
Митохондрии |
|
а |
б |
Рисунок 1.4 – Схематическое изображение строения эукариотической (а) и прокариотической (б) клеток.
В настоящее время высшие протисты относятся к надцарству эукариотов, а низшие протисты – к надцарству прокариотов. В свою очередь, надцарства подразделяются на царства, а царства – на подцарства. Таким образом, к миру микробов относятся представители следующих групп организмов:
1. Представители надцарства эукариотов:
1.1. Подцарство простейших царства животных.
1.2. Представители царства растений (в частности, микроскопические водоросли).
1.3. Представители царства грибов (в частности, микроскопические грибы). 2. Надцарство прокариотов:
2.1. Царство бактерий. 3. Царство вирусов.
Термин “бактерии” ввел в употребление в 1828 г. немецкий естествоиспытатель основатель микропалеонтологии Х.Г. Эренберг (рисунок 1.5).
Рисунок 1.5 – Христиан Готфрид Эренберг (Christian Gottfried Ehrenberg, 1795 – 1876 гг.). Заимствовано из Интернет-ресурсов.