5Д Микра 3 ст Исх.docx - Нижегородский государственный

Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего
профессионального образования
«Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского»
Биологический факультет
УТВЕРЖДАЮ
Декан биологического факультета
_____________проф. Веселов А.П.
«___»_________________2013 г.
Рабочая программа дисциплины
«Основы микробиологии»
Направление подготовки: 020400.62-«Биология»
Профили подготовки: «Микробиология и вирусология»,
«Молекулярная биология и иммунология», «Биотехнология»
Квалификация выпускника – бакалавр
Форма обучения – очная
Нижний Новгород
2013 г.
1.
Цели освоения дисциплины. Целью освоения дисциплины является формирование
фундаментальных представлений об уникальности, биоразнообразии и роли прокариотов
в эволюции живого и биосферы.
2.
Место
дисциплинам
дисциплины в структуре ООП.
Профессионального
цикла
Данная дисциплина относится к
Б.3.
Вариативная
часть.
Основные
дисциплиныОД.4, преподается в V семестре. Перед изучением курса студент должен
освоить следующие дисциплины: «Общая биология. Введение в специальность»,
«Зоология
(Беспозвоночные
животные)»,
«Основные
направления
современной
биологии», «Молекулярная организация биологических структур», «Биохимия».
Требования к результатам освоения дисциплины. Процесс изучения дисциплины
направлен на формирование следующих компетенций: ОК-3 (приобретает новые знания и
формирует суждения по научным, социальным и другим проблемам, используя
современные образовательные и информационные технологии); ОК-4 (выстраивает и
реализует перспективные линии интеллектуального и профессионального саморазвития и
самосовершенствования);
ОК-12
(использует
основные
технические
средства
в
профессиональной деятельности: работает на компьютере и в компьютерных сетях,
использует универсальные пакеты прикладных компьютерных программ, способен
работать с информацией в глобальных компьютерных сетях); ПК-1 (демонстрирует
базовые представления о разнообразии биологических объектов, понимание значения
биоразнообразия для устойчивости биосферы); ПК-2 (использует методы наблюдения,
описания,
идентификации,
классификации,
культивирования
биологических
объектов);ПК-3 (демонстрирует знание принципов структурной и функциональной
организации биологических объектов и механизмов гомеостатической регуляции); ПК-4
(демонстрирует знание принципов клеточной организации биологических объектов,
биофизических и биохимических основ, мембранных процессов и молекулярных
механизмов жизнедеятельности); ПК-5 (применяет современные экспериментальные
методы работы с биологическими объектами в лабораторных условиях, навыки работы с
современной аппаратурой).
В результате изучения дисциплины студент должен:
Знать: важнейшую роль микроорганизмов в формировании биосферы, эволюции
живых
организмов;
обосновывать
механизмы
пластичности, горизонтальной эволюции прокариот.
устойчивости,
адаптационной
Уметь обосновывать механизмы устойчивости, адаптационной пластичности,
горизонтальной эволюции прокариот.
Иметь представление(навыки)о методах микроскопической техники, методах
культивирования микроорганизмов, о многообразии и гетерогенности бактериальной
популяции.
3. Структура и содержание дисциплины.
Общая трудоемкость дисциплины составляет 4 зачетные единицы, 144 часа.
№
Раздел
п/п
дисциплины
Виды
учебной Формы текущего
работы,
включая контроля
самостоятельную
успеваемости (по
трудоемкость
(в
История микробиологии
5
2
2
2
2.
Структура бактериальной
клетки
5
8
6
6
3.
Классификация
микроорганизмов
5
4
6
6
4.
Культивирование и рост
микроорганизмов
5
6
6
6
5.
Действие физических и
химических факторов на
микроорганизмы
5
6
6
6
6.
Обмен
веществ
микроорганизмов
5
6
6
6
7.
Генетика микроорганизмов
5
2
2
2
8.
Антибиотики
5
2
2
2
Экзамен
5
36
работа
1
ельная
лаборатор
ные
Самостоят
часах)
лекция
семестр
работу студентов и неделям семестра)
История микробиологии. Микробиология – наука о микроорганизмах. А. Левенгук,
изучение микробов с помощью микроскопа. Работы Л. Пастера по изучению
определенных химических процессов, вызываемых специфическими микроорганизмами,
его теория микробного происхождения инфекционных болезней, опровержение гипотезы
самопроизвольного зарождения жизни, открытие анаэробиоза. Исследование Р. Кохом
плотных питательных сред и строгих требований к чистой культуре, установление
критериев для определения связи заболевания с определенным микроорганизмом,
открытие возбудителей многих болезней. Работы Виноградского, Бейеринка, Омелянского
как основоположников общей микробиологии. Метод элективных культур. Ивановский –
его вклад в изучение вирусов. Работы Мечникова, Зильбера, Ермольевой и других.
Современная
микробиология
распадается
на
ряд
самостоятельных
дисциплин,
методология которых различна: медицинская микробиология, почвенная, водная,
геологическая, техническая.
Структура бактериальной клетки. Состав и строение клеточных стенок прокариот.
Клеточные стенки грамположительных и грамотрицательных бактерий. Значение
клеточных стенок. Протопласты и сферопласты. L-формы и микроплазмы; возможные
причины их возникновения. Слизистые слои (капсулы), химический состав и функции.
Цитоплазма и органеллы прокариот: рибосомы, мезосомы, хроматофоры, аэросомы
(газовые вакуоли) и другие. Основные органеллы эукариотных микроорганизмов.
Ядерный аппарат (нуклеоид) у бактерий. Состав и особенности организации. Включения,
их состав и значение у разных микроорганизмов. Жгутики. Число и расположение
жгутиков у бактерий, состав и строение. Движение жгутиковых и скользящих форм.
Реакции таксиса у микроорганизмов (аэротаксис, хемотаксис, фототаксис). Фимбрии и
половые волоски (F-пили) у бактерий, их функции. Размножение и дифференциация.
Циклы развития и способы размножения прокариотных микроорганизмов. Бинарное
деление и почкование бактерий. Покоящиеся формы микроорганизмов. Цисты и
эндоспоры бактерий, образование, состав и свойства эндоспор.
Классификация
микроорганизмов.
Мир
микроорганизмов,
общие
признаки
и
разнообразие. Положение среди других организмов. Прокариотные и эукариотные
микроорганизмы,
их
основные
номенклатуры
и
культуральных,
физиологических
микроорганизмов.
различия.
диагностика.
Значение
и
Хемотаксономия.
Принципы
классификации.
морфологических,
биохимических
Серодиагностика.
признаков
Правила
цитологических,
для
систематики
Нумерическая
таксономия.
Молекулярные основы геносистематики. Ускоренные методы индикации патогенных
микроорганизмов (электрофорез в полиакриламидном геле, СИБ, ПБДЕ).
Культивирование
и
рост
микроорганизмов.
Выделение
и
культивирование.
Накопительные культуры и принцип элективности. Чистые культуры микроорганизмов.
Методы получения и значение. Основные типы сред, используемых для культивирования
микроорганизмов (по составу и физическому состоянию). Культивирование аэробных,
анаэробных и фотосинтезирующих микроорганизмов. Поверхностное и глубинное
культивирование.
Устройство
ферментера
для
глубинного
выращивания
микроорганизмов. Периодические культуры на несменяемых средах и гомогеннонепрерывное культивирование (хемостат и турбидостат). Значение метода непрерывного
культивирования для изучения свойств микроорганизмов и в промышленности. Рост
микроорганизмов.
Рост отдельных клеток микроорганизмов
и рост популяции.
Сбалансированный и несбалансированный рост. Понятие диауксии. Закономерности роста
популяции в чистых культурах на несменяемых средах. Кривая роста микроорганизмов,
особенности отдельных фаз. Определение скорости роста и времени генерации.
Математическое выражение роста культур микроорганизмов при гомогенно-непрерывном
культивировании. Синхронизированные культуры, способы получения, их значение.
Математическая модель роста популяции. Понятие удельной скорости, физиологической
активности и коэффициента эффективности.
Действие
физических
и
химических
факторов
на
микроорганизмы.
Рост
микроорганизмов в зависимости от температуры. Кардинальные точки (верхние и нижние
границы). Физиологические особенности психрофилов, мезофилов и термофиллов.
Термоустойчивость вегетативных клеток различных микроорганизмов, эндоспор бактерий
и других покоящихся форм. Использование высоких температур для стерилизации.
Действие низких температур. Влияние гидростатического давления. Осмотическое
давление.
Особенности осмофилов
микроорганизмы
(физиологическое,
и галофилов.
мутагенное,
Радиация
и ее действие на
стерилизующее).
Устойчивость
микроорганизмов к ультрофиолетовым лучам и ионизирующим излучениям. Применение
в
микробиологии
микроорганизмов в
Лиофилизация.
ультразвука.
Механическое
зависимости от
влажности.
Отношение микроорганизмов
воздействие
на
Устойчивость
к кислороду:
клетки.
Рост
к высушиванию.
аэробы
и
анаэробы
(облигатные и факультативные). Возможные причины ингибиторующего действия
кислорода на строгих анаэробов. Рост различных анаэробов в зависимости от содержания
кислорода. Значение рН среды. Щелочеустойчивые, кислотоустойчивые и ацидофильные
микроорганизмы. Понятия питательные и антимикробные вещества. Природа и
происхождение (абиотическое, биотическое) антимикробных веществ. Специфичность и
механизм действия. Бактериостатический и бактерицидный эффект. Области применения
различных антимикробных соединений. Важнейшие химиотерапевтические препараты;
консервирующие, дезинфицирующие и стерилизующие средства.
Обмен веществ микроорганизмов. Строительный и энергетический обмен веществ
микроорганизмов и роль ферментов. Особенности и роль биологических катализаторов
процессов обмена веществ у микроорганизмов. Однокомпонентные и двухкомпонентные
ферментные системы, простетическая группа и кофермент. Экзо- и эндоферменты.
Элементарный состав клеток микроорганизмов как определяющий момент потребности
микробов в питательных веществах.химический состав клеток микроорганизмов.
Основные
химические
Элементный
состав
элементы,
клеток
входящие
в
микроорганизмов.
состав
клеток
Потребности
микроорганизмов.
микроорганизмов
в
питательных веществах. Характеристика автотрофии и гетеротрафии. Фотоавтотрофы,
хемоавтотрофы, аминоавтотрофы, аминогетеротрофы. Поступление питательных веществ
в клетку. Проницаемость клеточных структур микроорганизмов для различных веществ.
Ферменты, участвующие в процессе питания микроорганизмов. Пассивная диффузия,
облегченная диффузия и активный перенос питательных веществ. Энергетический обмен
микроорганизмов. Способы получения энергии у микроорганизмов: дыхание, получение
энергии при окислении минеральных веществ (хемоавтотрофы), использование световой
энергии (фотоавтотрофы). Окисление органических веществ с помощью связанного
кислорода (денитрификация, десульфатация). Аэробное дыхание.Окисление различных
органических веществ (углеводов, белков, спиртов, других соединений) в процессе
дыхания. Биохимические механизмы дыхания: акцепторы водорода и электронов. ЦТК.
Биосинтез веществ в клетке с помощью ЦТК: синтез аминокислот, белков, жиров и
углеводов. Зависимость аэробного дыхания от возраста культуры и питательных
субстратов. Анаэробное дыхание.Нитратное и сульфатное дыхание. Доноры водорода для
денитрифицирующих бактерий. Система переноса электронов. Роль нитратредуктазы при
передаче электронов. Получение энергии при сульфатном дыхании, конечные акцепторы
водорода. Особенности дисульфитирующих бактерий – облигатных анаэробов – наличие
цитохромов. Ступенчатое восстановление сульфатов. Брожение. Процесс получения
энергии микроорганизмами в анаэробных условиях, конечные акцепторы водорода.
Основной путь распада углеводов до двух молекул ПВК идет по пути ЭмбденаМейергофа-Парнаса (ЭМП). Спирты и органические кислоты – конечные продукты
брожения. Спиртовое, маслянокислое, молочное и уксусное брожение.
Генетика
микроорганизмов.
Историческая
справка.
Исследования
в
области
микроорганизмов как наиболее простой и удобной модели для решения кардинальных
проблем молекулярной генетики и молекулярной биологии. Организация генетического
материала, генотип и фенотип микроорганизмов. Понятие генома. Структурные и
регуляторные гены. Символы обозначения генотипа, фенотипа. Наследственная и
модификационная (ненаследственная) изменчивость. Мутации. Классификация мутаций:
по происхождению, по числу мутированных генов или характеру изменений первичной
структуры ДНК, по фенотипическим последствиям (потеря или восстановление
признаков), по фенотипическим проявлениям (характер измененного признака). Прямые и
обратные мутации. Хромосомные мутации: делеции, инверсии, дупликации. Is-элементы и
транспозоны. Ауксотрофные мутанты. Диссоциация бактерий. S и R формы бактерий.
Мутагены, механизм их действия на ДНК. Темновая репарация. Генетическая
рекомбинация у прокариот. Формирование мерозиготы. Трансформация. История
открытия
феномена
трансформации.
Фазы
процесса
трансформации
бактерий.
Трансдукция. Понятие трансдукции, неспецифическая, специфическая, абортивная
трансдукция. Конъюгация. Понятие конъюгации. Схема переноса бактериальной
хромосомы из клетки донора в клетку реципиента. Плазмиды бактерий.
Антибиотики. Историческая справка открытия антибиотиков. Флеминг, Флори, Чейн,
Монассеин, Полотебнов, Ермольева. Классификация антибиотиков: по происхождению,
по химическому составу, по механизму антимикробного действия, по антимикробному
спектру. Полусинтетические антибиотики, их преимущества. Молекулярные основы
действия антибиотиков. Производство антибиотиков. Устойчивость микроорганизмов к
антибиотикам. Значение и роль антибиотиков в медицине и народном хозяйстве.
Лабораторный практикум.
№
Разделы дисциплины
Наименование лабораторных работ
Действие физических и химических Правила техники безопасности и работы в
1
факторов на микроорганизмы
микробиологической
лаборатории.
Методы
стерилизации.
2
3
Культивирование
и
микроорганизмов
Культивирование
рост Питательные
среды.
Взятие
пробы
микрофлоры воздуха. Метод седиментации.
и
рост Проведение
бактериологического
анализа.
микроорганизмов
4
5
Культивирование
Методы выделения чистых культур.
и
рост Выявление
культуральных
микроорганизмов
микроорганизмов.
Структура бактериальной клетки
Методы
выявления
свойств
морфологических
признаков.
6
Структура бактериальной клетки
Спорообразование. Капсулообразование.
7
Структура бактериальной клетки
Выявление подвижности.
Обмен веществ микроорганизмов
Изучение
8
физиологических
свойств
микроорганизмов.
9
Антибиотики.
Чувствительность бактерий к антибиотикам.
10
Классификация микроорганизмов
Нормальная микрофлора человека.
11
Обмен веществ микроорганизмов
12
Обмен веществ микроорганизмов
13
Обмен веществ микроорганизмов
14
Обмен веществ микроорганизмов
Участие
микроорганизмов
в
круговороте
углерода.
Процессы разложения пектинов, целлюлозы,
азотсодержащей органики.
Участие микроорганизмов в круговороте азота.
Процессы
нитрификации
(хемосинтез)
и
денитрификации.
5. Образовательные технологии.
При освоении дисциплины образовательный процесс включает теоретическую подготовку
студентов. Проведение лекций направлено на теоретическую подготовку студентов и
базируется
на
использовании
иллюстративного
материала
в
форме
слайдов,
компьютерные презентации, разбор с применением наглядных пособий, приобретения
новых знаний, включая модульную систему, при которой учебный материал разделяется
на логически завершенные части (модули). В обязательном порядке предусматривается
самостоятельная работа студентов с возможностью доступа к Интернет-ресурсам. Кроме
этого предусмотрены лабораторные работы
6. Учебно-методическое обеспечение курса.
Для текущего контроля усвоения теоретического материала, изложенного на
лекциях, подготовлен список вопросов, включающий все темы. Этот перечень служит
основой для самоконтроля и проверки знаний. Ключевые и трудно усваиваемые моменты
обсуждаются на лабораторных занятиях, там же проводится устный опрос студентов.
Практические занятия будут проводиться на базе лабораторий кафедры молекулярной
биологии. Изучение курса завершается аттестацией в форме экзамена.
В качестве самостоятельной работы обучающегося выбрана подготовка к
лабораторным занятиям. Вопросы для самоподготовки, а также проведения экзамена
приведены далее. Предложен список основной и дополнительной литературы для
самостоятельной работы и подготовки к экзамену.
Вопросы для контроля и экзамена.
Среды обитания бактерий и адаптивные возможности.
Внешние структуры бактериальных клеток. Капсулы. Строение и функции.
Вездесущность бактерий, разнообразие физиологических свойств.
Придатки бактериальной клетки. Фимбрии, пили, шипы.
Генетический полиморфизм прокариот.
Ригидность клеточных стенок бактерий – протопласты, сферопласты, L –формы,
особенности их образования.
Биосфера и бактерии.
Строение бактерий. Клеточная стенка – определение. Особенности химической структуры
клеточной стенки гр+ бактерий.
Мир микробов.
Цитоплазматическая мембрана, строение и функции.
Бактерии в ХХ1 веке – взаимосвязь социальных и природных условий в эволюции
микробов.
Жгутики и движение бактерий. Латинские названия бактерий разных типов жгутикования.
Морфологическое
разнообразие
бактерий.
Бактерии-гиганты
и
микоплазмы,
стебельковые, почкующиеся, необычной формы. Примеры латинских названий.
Внутриклеточные структуры бактерий – рибосомы, карбоксисомы - строение, функции.
Строение бактерий. Особенности химической структуры гр- бактерий.
Запасные питательные вещества. Гранулеза, гликоген, поли оксимасляная кислота, их
функции.
Нуклеоид, особенности строения.
Природные сообщества бактерий. Типы взаимоотношений – комменсализм, синтрофия,
метабиоз. Примеры.
Придатки бактериальной клетки. Ворсинки, простые пили и F-пили.
Запасные питательные вещества – полифосфаты, крахмалоподобные включения, их
функции, специфичность для определенных видов и родов бактерий
Углеводы бактериальных клеток – тейхоевые кислоты, декстраны, пептидогикан.
Типы движений бактерий.
Внутриклеточные включения прокариот, окруженные белковой мембраной, их функции.
Отношение бактерий к кислороду – аэробы, анаэробы, микроаэрофилы. Понятие
окислительно-восстановительного потенциала.
Типы дифференцировки бактериальных клеток. Эндоспоры, стадии спорообразования.
Бактериальная капсула, структура и функции. Примеры латинских названий капсульных
бактерий.
Отношение
бактерий
к
температуре
–
мезофиллы,
термофилы,
психрофилы,
специфические особенности, связанные с температурной адаптацией.
Морфологическое разнообразие бактерий. Бактерии шарообразной формы. Латинские
названия.
Действие химических соединений на бактерии – тяжелые металлы, органические
растворители, спирты. Бактерицидное, бактериостатические действие.
Цитоплазматическая мембрана, структура и функции.
Природные сообщества бактерий – симбиоз и антагонизм. Примеры антагонистических
взаимоотношений.
Структура клеточной стенки гр+ бактерий.
Жгутики и движение бактерий. Строение жгутика у гр- и гр+ бактерий. Механизм
движения. Примеры латинских названий бактерий с различными типами жгутикования.
Отношение бактерий к кислороду. Механизмы адаптации бактерий к окислительному
стрессу.
Химические соединения. Эффект воздействия химических веществ на микроорганизмы −
стимулирующий, бактериостатический, бактерицидный.
Источники питания. Способы питания микроорганизмов, разнообразие пищевых
потребностей. Роль воды в питании микроорганизмов.
Поступление питательных веществ в клетки. Проникновение в клетку экзогенных
веществ, диффузия и активный транспорт.
Молочнокислое брожение. Гомоферментативное и гетероферментативное брожение.
Микроорганизмы, осуществляющие брожение, значение в промышленности и народном
хозяйстве
Процессы сульфатредукции. Особенности морфологии и физиологии возбудителей.
Значение процесса в природе.
Типы дифференцировки бактерий. Эндоспоры. Стадии спорообразования. Латинские
названия спорообразующих бактерий.
Хемолитотрофия как уникальный процесс, известный только для прокариотических
организмов. Окисляемые субстраты хемолитотрофных бактерий.
Придатки бактериальной клетки −F-пили, ворсинки − строение, функции, значение для
жизни клетки.
Три типа фотосинтеза у прокариотныхфототрофов: бескислородный, осуществляемый
пурпурными и зелеными бактериями; кислородный, осуществляемый цианобактериями и
бактериями порядка Prochlorales.
Углеводы бактериальных клеток, полисахариды, не встречающиеся у других организмов
−тейхоевые кислоты, декстран, пептидогликаны.
7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины.
а) основная литература:
Нетрусов А.И., Котова И.Б. Микробиология. М.: Академия, 2007.
Современная микробиология. Прокариоты. 1 и 2 том / Под ред. Й. Ленгелера,Г. Древса, Г.
Шлегеля. М.:Мир 2005.
б) дополнительная литература:
Лукомская К.А. Микробиология с основами вирусологии. М.: Просвещение, 1987.
Микробиология / Под ред. В.В. Зверева, М.Н. Бойченко. М.: ГЭОТАР-Медиа, 2012.
Мурадова Е.О., Ткаченко К.В. Микробиология. М.: Эксмо, 2011.
Общая и санитарная микробиология с техникой микробиологических иследований / Под
ред. А.С. Лабинской, Л.П. Блинковой, А.С. Ещиной. М.: Медицина, 2004.
Пяткин К.Д., Кривошеин Ю.С. Микробиология. М.: Медицина, 1980.
Сбойчаков
В.Б.
Микробиология
с
основами
эпидемиологии
и
методами
микробиологических исследований. СПб: СпецЛит, 2011.
Тимаков В.Д., Левашов В.С., Борисов Л.Б. Микробиология. М.: Медицина, 1983.
Шлегель Г.Г. История микробиологии. М.: УРРС, 2002.
8. Материально-техническое обеспечение дисциплины.
Компьютер, оснащенный лицензионным ПО, с выходом в интернет; Медиа-проектор.
9. Критерии оценок.
Превосходно
Превосходная подготовка с очень незначительными
погрешностями
Отлично
Подготовка, уровень которой существенно выше среднего с
некоторыми ошибками
Очень хорошо
В целом хорошая подготовка с рядом заметных ошибок
Хорошо
Хорошая подготовка, но со значительными ошибками
Удовлетворительно
Подготовка, удовлетворяющая минимальным требованиям
Неудовлетворительно
Необходима дополнительная подготовка для успешного
прохождения испытания
Плохо
Подготовка совершенно недостаточная
Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с учетом рекомендаций
и
ПрООП
ВПО
«Микробиология
по
и
направлению
вирусология»,
020400.62«Биология»,
«Молекулярная
профили
биология
и
подготовки:
иммунология»,
«Биотехнология».
Автор программы_________________Кравченко Г.А., Речкин А.И.
Программа рассмотрена на заседании кафедры молекулярной биологии и иммунологии
протокол от 24.06.2013 г.
Заведующий кафедрой ___________________ Новиков В.В.
Программа одобрена методической комиссией биологического факультета протокол №
___ от______________ 2013 г.
Председатель методической комиссии_________________ Швец И.М.