2 Организационно-методические данные дисциплины

Общая трудоемкость дисциплины составляет 5 зачетных единиц (180 часов)

Вид работы	Трудоемкость, часов
	полный срок обучения	сокращенный срок обучения
Общая трудоемкость	180	180
Аудиторная работа:	18	10
Лекции (Л)	10	6
Практические занятия (ПЗ)	-	-
Лабораторные работы (ЛР)	8	4
Самостоятельная работа:	153	161
Курсовой проект (КП), курсовая работа (КР)	-	-
Расчетно-графическое задание (РГЗ)	-	-
Реферат (Р)	-	-
Эссе (Э)	-	-
Самостоятельное изучение разделов	80	80
Контрольная работа (К)	10	10
Самоподготовка (проработка и повторение лекционного материала и материала учебников и учебных пособий, подготовка к лабораторным и практическим занятиям, коллоквиумам, рубежному контролю и т.д.),	63	71
Подготовка и сдача экзамена	9	9
Вид итогового контроля (зачет, экзамен)	экзамен	экзамен

3 Учебная программа и разделы дисциплины

Наименование разделов и их содержание

1 Введение. Предмет и задачи микробиологии; ее место и роль среди других наук. Значение микроорганизмов в пищевой промышленности, сельском хозяйстве и здравоохранении.

2 Возникновение и развитие микробиологии. Открытие микроорганизмов А. ван Левенгуком. Роль Луи Пастера, И.И. Мечникова в формировании микробиологии как науки. Значение работ Р.Коха, М.Бейеринка, С.Н.Виноградского, Д.И.Ивановского, А.Клюйвера и др. ученых в развитии микробиологии.

Развитие отечественной микробиологии. Достижения отечественных микробиологов. Главные направления развития современной микробиологии.

3. Микроорганизмы и их систематика. Принципы классификации царства прокариотов. Признаки, исполь-зуемые при классификации. Прокариоты и эукариоты. Эубактерии и архебактерии. Методы идентификации микроорганизмов. Характеристика отделов и классов царства прокариотов (IX-е издание определителя Берджи).

4 Морфология, строение и развитие микроорга-низмов. Прокариоты. Одноклеточные и многоклеточ-ные формы. Строение, химический состав клеток. Грамположительные и грамотрицательные бактерии. Химическое строение клеточных стенок. Слизистые слои и капсулы, функции их. Строение цитоплаз-матической мембраны. Ядерный аппарат прокариотов, состав, организация, передача генетической инфор-мации. Органоиды клетки. Эндоспоры и цисты, химическое строение и функции. Жгутики и механизмы движения, организация и расположение. Фимбрии и пили. Значение и функции.

Эукариоты. Морфология дрожжей, мицелиальных грибов, микроскопических водорослей и простейших. Строение, химический состав и функции органоидов и включений клетки. Циклы развития и размножения.

5. Культивирование и рост микроорганизмов. Накопительные и чистые культуры, методы получения и значение. Основные типы сред, используемые для выращивания микроорганизмов. Поверхностное и глубинное культивирование.

Рост клетки и популяции. Сбалансированный и несбалансированный рост. Закономерности роста микроорганизмов при периодическом способе выращивания. Рост микроорганизмов при непрерывном (гомогенно-проточном) культивировании. Технологи-ческое оборудование для выращивания микро-организмов: хемостаты и турбидостаты. Принципы работы, практическое использование в биотехнологии.

Синхронизированные культуры, способы получения и значение.

6 Действие физических и химических факторов на микроорганизмы. Рост микроорганизмов в зависи-мости от содержания воды. Устойчивость микроор-ганизмов к высушиванию. Лиофилизация. Действие tº на микроорганизмы. Психрофилы, мезо- и термофилы. Термотолерантные формы. Использование высоких tº для стерилизации. Действие низких tº на выживание, способность микроорганизмов жить в экстремальных условиях.

Действие осмотического давления, особенности метаболизма у осмофилов. Галофилы, особенности обмена веществ. Барофильные микроорганизмы, действие гидростатического давления.

Отношение микроорганизмов к молекулярному кислороду: аэробы и анаэробы (облигатные и факуль-тативные). Значение рН среды для роста микроор-ганизмов.

Радиация, характер ее действия на микроорганизмы. Устойчивость микроорганизмов к УФ-лучам и ионизирующему излучению. Фотореактивация. Дейст-вие видимого света и инфракрасного излучения на микроорганизмы.

Антимикробные вещества. Антибиотики. Мутагены.

7 Обмен веществ (метаболизм) микроорганизмов. Типы питания, разнообразие способов питания у микроорганизмов. Анаболизм и катаболизм. Автотрофия и гетеротрофия. Фототрофия и хемотрофия. Прототрофы и ауксотрофы. Сапрофиты и паразиты (паротрофы).

Проникновение экзогенных веществ в клетку микроорганизмов. Использование высокомолекуляр-ных соединений (белков, полисахаридов, липидов и др.) микроорганизмами. Соединения С и N, используемые микроорганизмами. Факторы роста. Потребности микроорганизмов в источниках S и P, в K, Fe, Mg, Ca и др. макро- и микроэлементах.

Конструктивный метаболизм или анаболизм. Ассимиляция CO₂ автотрофами и гетеротрофами. Рибулезобифосфатный (цикл Кальвина-Бассама), цикл Арнона и др. пути усвоения CO₂ автотрофами. Использование C₁- и С₂ – соединений для питания. Значение цикла Кребса (ЦТК) в биосинтетических процессах.

Энергетические процессы или катаболизм. Способы обеспечения клеток микроорганизмов энергией. Фотосинтез и хемосинтез. использование молекулярного О₂ для окислительных процессов (дыхание). Переносчики электронов и электронтранспортные системы, их особенности у разных микроорганизмов. Роль АТФ в метаболизме микроорганизмов, способы ее образования и аккумулирования у аэробов и анаэробов.

Брожения. Пути сбраживания углеводов и др. соединений микроорганизмами: путь Эмбдена-Мейергоффа-Парнаса (ЭМП-путь, гликолиз), путь Варбурга-Диккенса, путь Энтнера-Дудорова и др. Гомо- и гетероферментативное молочнокислое брожение, спиртовое, пропионовокислое, масляно-кислое и др. брожения. Двухфазность брожений. Характеристика микроорганизмов, вызывающих разные брожения (примеры). Брожение высокомо-лекулярных соединений.

Анаэробное дыхание. Доноры и акцепторы электронов, используемые микроорганизмами при анаэробном дыхании. Микроорганизмы, восстанав-ливающие нитраты (NO₃^-) и др. окисленные соединения азота до молекулярного азота (N₂) (денитрификация, нитратредукция). Микроорганизмы, восстанавливающие сульфаты (SO₄^2-), сульфиты (SO₃^2-), и др. соединения серы до молекулярной серы (Sº) и Н₂S (десульфатация).

Метанобразующие бактерии (архебактерии), особенности их метаболизма. Образование метана (СН₄) из углекислоты (СО₂) микроорганизмами, как к перспективный и дешевый способ получения энергии и топлива в будущем.

Аэробное дыхание. Формы участия молеку-лярного О₂ в окислении разных субстратов. Полное (до СО₂ + Н₂О) и неполное окисление. Характеристи-ка микрооргнанизмов, участвующих в аэробном окислении белков (аммонификация), углеводов, спиртов (уксуснокислые бактерии), углеводородов и др. многоуглеродных органических соединений. Микроорганизмы, окисляющие метан (СН₄), метанол (СН₃ОН) и др. С₁ – соединения (метилотрофы).

8 Хемосинтез и окисление неорганических соединений. Заслуги С.Н. Виноградского (1892) в открытии хемосинтеза, уникального способа получения энергии известного только в мире микроорганизмов. Группы хемолитоавтотрофных бактерий и осуществляемые ими химические процессы: 1. Нитрификация (2 фазы) и нитрифици-рующие бактерии; 2. Окисление восстановленных соединений серы (Н₂S, сульфиты - SO₃^2-, тиосульфа-ты – S₂O₃^2-, сульфиды – S^2-) до сульфатов (SО₄^2-) и бактерии, осуществляющие этот процесс (тионовые и бесцветные серобактерии); 3. Окисление восстанови-тельных соединений железа (Fe²⁺) до Fe³⁺ (окислы железа) и железобактерии; 4. Окисление молекуляр-ного водорода (Н₂) и водородные бактерии.

9 Бактериальный фотосинтез и фотосинтезирую-щие бактерии. Фототрофные эубактерии, способные использовать световую энергию. Особенности бакте-риального фотосинтеза и характерное отличие от фотосинтеза растений (классические работы К. ван Ниля), механизм фотосинтеза. Эубактерии, осуще-ствляющие бескислородный тип фотосинтеза: пур-пурные, зеленые бактерии и гелиобактерии. Эубакте-рии, фотосинтез которых сопровождается выделе-нием кислорода, как у растений: цианобактерии и прохлорофиты. Фотосинтетический аппарат эубак-терий: набор пигментов, химическая природа компонентов, структурная организация в клетке. Основные (бактериохлорофиллы а, в, с, d, е, д и фикобилипротеины) и вспомогательные (кароти-ноиды) пигменты фототрофных эубактерий: химическое строение, спектры поглощения длин волн солнечной энергии, функции и локализация в клетке. Фотофизические, фотохимические и биохи-мические процессы, лежащие в основе бактери-ального фотосинтеза. Значение фототрофных эубактерий в природе.

10 Фиксация молекулярного азота атмосферы микроорганизмами и азотфиксирующие бактерии.

История открытия уникальной способности микроорганизмов к фиксации азота атмосферы (классические работы С.Н. Виноградского, М. Бейеринка и И.Доберейнера). Свободноживущие в почве и воде азотфиксаторы. Ассоциативная и симбиотическая азотфиксация. Характеристика микроорганизмов, распространение и значение их в природе. Видовая специфичность клубеньковых бак-терий, симбиоз с бобовыми растениями. Бактероиды. Значение и роль пигмента – леггемоглобина в фик-сации молекулярного азота. Бактерии – симбионты небобовых растений. Биохимия азотфиксации. Значе-ние уникального ферментного комплекса – нитроге-назы, который имеют только микроорганизмы, в фиксировании молекулярного азота.

11 Генетика микроорганизмов. Наследственность и изменчивость. Фенотипическая и генотипическая изменчивость. Мутационная природа изменчивости. Частота мутантов и типы мутаций: генные, хромосомные, спонтанные и индуцированные (радиационные и химические). Селекция различных мутантов. Применение мутантов микроорганизмов в научных исследованиях и в практических целях.

Рекомбинации у прокариот: трансформация, конъюгация, трансдукция, лизогения. Плазмиды и эписомы. Практическое использование достижений генетики микроорганизмов и генной инженерии в микробиологии (примеры).

12 Экология и геохимическая деятельность микроорганизмов. Распространение микроорганиз-мов в почве, водоемах, воздухе и естественных субстратах: в продовольственном сырье, готовой продукции и изделиях. Участие микроорганизмов в круговороте углерода, азота, серы и др. элементов в природе. Роль микроорганизмов в почвообразовательных процессах и создании плодородия почвы. Значение микроорганизмов в первичной продукции водоемов и в минерализации органических веществ. Роль микроорганизмов в месторождениях полезных ископаемых, в переработке производственных отходов, вторичного сырья и детоксикации ядовитых веществ.

Взаимоотношения микроорганизмов между собой и высшими организмами. Симбиотические, или ассоциативные, взаимоотношения: мутуализм (кооперация), комменсализм. Метабиоз. Синергизм (взаимное усиление физиологических функций) на примере «чайного гриба». Антагонизм: пассивный и активный. Антибиотики (примеры). Внеклеточный (бактерии) и внутриклеточный (вирусы) паразитизм. Хищничество. Взаимоотношения микро – и макроорганизмов: растений, животных, грибов, человека (примеры). Патогенные микроорганизмы.

13 Вирусы. История открытия вирусов Д.И. Ивановским (1892). Облигатный внутриклеточный паразитизм вирусов. Две формы существования вирусов: вирус покоящийся (вирион) и вирус внутриклеточный (комплекс «вирус-клетка»). Разные формы взаимоотношений вирусов с клеткой: литическая, умеренная и нейтральная. Спиральные и полиэдрические вирусы. Цикл репродукции вируса.

РНК или ДНК как генетический материал вируса. Особенности структуры РНК и ДНК вирусного происхождения: двунитчатые, однонитчатые РНК и ДНК, линейные и кольцевые формы.

Структура вирусных частиц. Белки вирусов, функции белковых оболочек. Общее представление о классификации вирусов. Бактериофаги (вирусы бактерий). Лизогенные и умеренные бактериофаги. Интерференция вирусов и интерферон.

14 Микроорганизмы в пищевой промышленности и медицине. Роль микроорганизмов при хранении и переработке пищевого сырья. Происхождение микрофлоры зерна и муки. Роль ризосферной и эпифитной микрофлоры растений в обсеменении зерна и муки микроорганизмами. Изменение микрофлоры в процессе очистки и размола зерна. Роль микробиологического фактора в самосогревании зерна. Влияние микроорганизмов на качество зерна и муки при хранении. Влияние микрофлоры муки на качество вырабатываемых из нее продуктов.

Роль микробиологических процессов в технологии переработки пищевого сырья и производства готовой продукции. Использование микроорганизмов для производства ферментных препаратов и применение их в пищевой промышленности. Использование микроорганизмов в биотехнологии для получения пищевых и кормовых продуктов, БАВ, химических и лекарственных препаратов.

«Болезни» хлеба и хлебобулочных изделий, вызываемые микроорганизмами. Характеристика возбудителей. Меры профилактики.

Основы микробиологического и санитарно-гигиенического контроля на предприятиях отрасли.