Идентификацию микроорганизмов
advertisement
7. Дисциплина: «Микробиология и вирусология» 1. Расшифруйте механизм реакции окраски по Граму и опишите ее этапы. Объясните, почему этот метод окраски является определяющим для дифференциации бактерий на разные группы? 2. Охарактеризуйте типы морфологической дифференцировки у прокариот. Объясните биологический смысл каждой. 3. Опишите способы и этапы получения чистых культур микроорганизмов. Перечислите и поясните на конкретных примерах принципы составления накопительных культур микроорганизмов. 4. Назовите и охарактеризуйте методы идентификации микроорганизмов. Проанализируйте и нформационный уровень и материальное обеспечение их реализации. 5. Дайте характеристику генетическому аппарату клеток прокариот, и объясните способы размножения прокариот. 6. Опишите мутуалистические и паразитические симбиозы микроорганизмов, приведите примеры. 7. Проанализируйте морфологию клеток прокариот, их размеры, форму и группирование, редкие формы клеток и многоклеточные микроорганизмы. 8. Дайте характеристику архебактериям, сравните их с другими микроорганизмами, укажите их место в эволюции. 1.Расшифруйте механизм реакции окраски по Граму и опишите ее этапы. Объясните, почему этот метод окраски является определяющим для дифференциации бактерий на разные группы? В состав клеточной стенки входит редкий гетерополимер – пептидогликан - у разных микроорганизмов он имеет различную толщину, на чем основан один из основных методов окраски- по Граму. В соответствии с окрашиванием микроорганизмы делятся на 2 группы: грам-положительные и грам-отрицательные. У Гр+ микроорганизмов в составе клеточной стенки- большое количество пептидогликана, он многослойный, на его долю приходится 80% от химического состава клеточной стенки. У Гр- пептидогликана всего 10% и он однослойный. Тейхоевые кислоты в стенке Гр+ имеются, у Гр- их нет. За счет этих 2 компонентов микроорганизмы окрашиваытся разно: Гр+- в синий цвет (удерживают генцианвиолет). Гр- окрашиваются фуксином в красный цвет. Отношение к окраске - это тинкториальные свойства. Количественное содержание пептидогликана определяет характер окраски бактерий и других прокариот по Граму. Те из них, которые содержат в клеточной стенке большое его количество (около 90 % пептидогликана), окрашиваются по Граму в сине–фиолетовый цвет и их называют грамположительными, все другие, содержащие в оболочке 5–20 % пептидогликана, – в розовый цвет и их называют грамотрицательными. Толщина слоя пептидогликана в клеточной стенке грамположительных бактерий в несколько раз больше, чем у грамотрицательных. Помимо пептидогликана, в клеточной стенке грамположительных бактерий содержатся тейхоевые кислоты, полисахариды и белки. Грамотрицательные бактерии покрыты наружной мембраной, в состав которой входят липополисахариды и базальные белки. Для окраски по Граму необходимо подготовить: 1) феноловый раствор генцианового фиолетового (генцианвиолет – 1 г, этанол 96 % – 10 мл, фенол кристаллический – 2 г, вода дистиллированная – 100 мл); 2) раствор Люголя – концентрированный раствор калия иодида (2 г), в котором растворяют кристаллический йод (1 г), а затем прибавляют дистиллированную воду (300 мл); 3) этанол 96 %; 4) водный фуксин Пфейффера. Техника окраски по Граму. 1. Фиксированный мазок 1–2 мин окрашивают раствором генцианвиолета (по методу Синева его покрывают пропитанной тем же красителем полоской фильтровальной бумаги, которую смачивают 2–3 каплями воды). 2. Слив генцианвиолет (сняв полоску бумаги Синева), мазок 1 мин обрабатывают раствором Люголя и, не промывая водой, сливают его. 3. Обесцвечивают спиртом в течение 0,5 мин, промывают водой. 4. Окрашивают 1–2 мин фуксином Пфейффера. 5. Мазок ополаскивают водой и высушивают. Окраска по Граму позволяет отличить бактерии , чья толстая клеточная стенка практически полностью состоит из пептидогликана ( грамположительные ), от бактерий, чья клеточная стенка помимо тонкого слоя пептидогликана имеет наружную мембрану, состоящую из липопротеидов и липополисахаридов ( грамотрицательных ). Основный краситель (например, кристаллический фиолетовый) прочно фиксируется в стенке грамположительных бактерий, придавая им иссиня-черный цвет, и легко вымывается спиртом (или ацетоном) из стенки грамотрицательных бактерий, после чего они докрашиваются контрастным красителем (например, сафранином) в красный цвет. 2.Охарактеризуйте типы морфологической дифференцировки у прокариот. Объясните биологический смысл каждой. Для эволюции прокариотных организмов характерен ярко выраженный физиологобиохимический уклон, т. е. основное развитие прокариот шло по линии формирования и опробования различных функций, результатом чего и явилось сегодняшнее многообразие типов жизни в микромире. Поразительное физиологическое разнообразие прокариот сформировано на базе весьма ограниченного числа морфологических форм. Действительно, морфологическая эволюция прокариот прошла незначительный путь, так что мы можем говорить лишь о зачатках морфологической дифференцировки на базе прокариотной клеточной организации. Относительно "продвинутыми" в этом направлении оказались только эубактерии. Для архебактерий характерно отсутствие сложных морфологических форм и какой-либо клеточной дифференцировки. Вегетативные клетки многих эубактерии в определенных условиях дают начало структурам, морфологически отличающимся от исходных. Ими могут быть вегетативные клетки, но измененной формы, клеточные структуры с четко выраженной функциональной специализацией, различные многоклеточные образования. В подавляющем большинстве случаев все известные проявления морфологической дифференцировки эубактерии направлены на повышение их выживаемости. Это выражается как в формировании специальных клеток, обладающих повышенной устойчивостью к перенесению неблагоприятных условий (эндоспоры, цисты), так и в формировании структур, обеспечивающих эффективное размножение вида (гормогонии и баеоциты цианобактерий). В основе морфологической дифференцировки лежат определенные биохимические процессы, которые в свою очередь являются выражением соответствующей генетической информации13. Последняя запрограммирована в генетическом аппарате клетки и реализуется в процессе ее развития или же в зависимости от действия различных внешних факторов. Большинство таких структур относится к категории покоящихся форм, назначение которых — обеспечить переживание вида в течение длительного времени в неблагоприятных условиях. Это эндоспоры ряда грамположительных бактерий, цисты азотобактера и миксобактерий, акинеты цианобактерий, экзоспоры отдельных представителей метилотрофных и фототрофных бактерий, экзо- и эндоспоры актиномицетов. После попадания в подходящие условия покоящиеся формы прорастают, давая начало вегетативным клеткам. Другие морфологически дифференцированные клетки служат для размножения. К ним относятся, например, гормогонии и баеоциты цианобактерий. Наконец, третьи (гетероцисты цианобактерий, бактероиды клубеньковых бактерий) связаны с осуществлением уникального процесса, свойственного только прокариотным организмам,— фиксацией молекулярного азота атмосферы. Таблица 6. Морфологически дифференцированные клетки эубактерий Специализированные Представители клетки эубактерий, у которых они обнаружены Эндоспоры Bacillus, Clostridium, Desulfotomaculum, Sporosarcina, некоторые актиномицеты Экзоспоры некоторые виды Methylosinus, Rhodomicrobium, многие актиномицеты Цисты миксобактерии, скользящие бактерии, Azotobacter, Bdellovibrio Бактероиды клубеньковые бактерии Гетероцисты, цианобактерии акинеты, баеоциты, гормогонии Образование эндоспор — процесс, имеющий место только в мире прокариот. Бактериальные эндоспоры — это особый тип покоящихся клеток грамположительных эубактерий, формирующихся эндогенно, т. е. внутри цитоплазмы "материнской" клетки (спорангия), обладающих специфическими структурами (многослойными белковыми покровами, наружной и внутренней мембранами, кортексом) и устойчивостью к высоким температурам и дозам радиации, летальным в норме для вегетативных клеток. К спорообразующим относится большое число эубактерий приблизительно из 15 родов, характеризующихся морфологическим и физиологическим разнообразием. Лучше всего процесс спорообразования изучен у представителей родов Bacillus и Clostridium, хотя имеющиеся данные позволяют сделать вывод о принципиальной однотипности этого процесса у всех видов, образующих эндоспоры. В каждой бактериальной клетке, как правило, формируется одна эндоспора. Первым шагом к спорообразованию является изменение морфологии ядерного вещества вегетативной клетки, образующего тяж вдоль длинной оси спорулирующей клетки. Приблизительно 1/3 тяжа затем отделяется и переходит в формирующуюся спору. У некоторых видов ядерный тяж образуется только на одном полюсе клетки, в его формировании участвует не весь генетический материал вегетативной клетки, и впоследствии ядерный тяж целиком переходит в формирующуюся спору. Биологический смысл формирования ядерного тяжа до сих пор остается невыясненным. Формирование споры начинается с того, что у одного из полюсов клетки происходит уплотнение цитоплазмы, которая вместе с генетическим материалом, представляющим собой одну или несколько полностью реплицированных хромосом, обособляется от остального клеточного содержимого с помощью перегородки. Последняя формируется впячиванием внутрь клетки ЦПМ. Мембрана нарастает от периферии к центру, где срастается, что приводит к образованию споровой перегородки. Эта стадия формирования споры напоминает клеточное деление путем образования поперечной перегородки. Следующий этап формирования споры — "обрастание" отсеченного участка клеточной цитоплазмы с ядерным материалом мембраной вегетативной клетки, конечным результатом которого является образование проспоры — структуры, расположенной внутри материнской клетки и полностью отделенной от нее двумя элементарными мембранами: наружной и внутренней по отношению к проспоре. Описанные выше этапы формирования споры (вплоть до образования проспоры) обратимы. Оказалось, что если к спорулирующей культуре добавить антибиотик хлорамфеникол (ингибитор белкового синтеза и, следовательно, ингибитор синтеза мембранных белков), то можно остановить "обрастание" клеточной мембраной отсеченного септой участка цитоплазмы, и процесс спорообразования превратится в процесс клеточного деления. (Между двумя мембранами септы откладывается материал клеточной стенки.) После образования проспоры дальнейшие этапы спорообразования уже необратимы. Между наружным и внутренним мембранными слоями проспоры начинается формирование кортикального слоя (кортекса). Затем поверх наружной мембраны проспоры синтезируются споровые покровы, состоящие из нескольких слоев, число, толщина и строение которых различны у разных видов спорообразующих бактерий. В формировании слоев споровых покровов принимает участие как наружная мембрана споры, так и протопласт материнской клетки. У многих бактерий поверх покровов споры формируется еще одна структура — экзоспориум, строение которого различно в зависимости от вида бактерий. Часто экзоспориум многослойный, с характерной для каждого слоя тонкой структурой. Спорообразование сопровождается активным синтезом белка. Белки эндоспор в отличие от белков вегетативных клеток богаты цистеином и гидрофобными аминокислотами, с чем связывают устойчивость спор к действию неблагоприятных факторов. Содержание ДНК в споре несколько ниже, чем в исходной вегетативной клетке, поскольку в спору переходит лишь часть генетического материала материнской клетки. Одним из характерных процессов, сопровождающих образование эндоспор, является накопление в них дипиколиновой кислоты и ионов кальция в эквимолярных количествах. Эти соединения образуют комплекс, локализованный в сердцевине споры. Помимо Са2+ в эндоспорах обнаружено повышенное содержание других катионов (Mg2+, Mn2+, K+), с которыми связывают пребывание спор в состоянии покоя и их термоустойчивость. 3.Опишите способы и этапы получения чистых культур микроорганизмов. Перечислите и поясните на конкретных примерах принципы составления накопительных культур микроорганизмов. Чистой культурой называют такую культуру, которая содержит микроорганизмы одного вида. Выделение чистых культур бактерий - обязательный этап бактериологического исследования в лабораторной диагностике инфекционных болезней, в изучении микробной загрязненности различных объектов окружающей среды, и, в целом, при любой работе с микроорганизмами. Исследуемый материал (гной, мокрота, фекалии, кровь и другой материал от больных; вода, почва, воздух, пищевые продукты, трупы животных и человека, переносчики) обычно содержит ассоциации микробов. Выделение чистой культуры позволяет изучить морфологические, культуральные , биохимические, антигенные и другие признаки, по совокупности которых определяется видовая и типовая принадлежность возбудителя, то есть производится его идентификация. Для выделения чистых культур микроорганизмов используют методы, которые можно разделить на несколько групп. Метод Пастера - последовательное разведение исследуемого материала в жидкой питательной среде до концентрации одной клетки в объеме. Метод Коха («пластинчатые разводки») - последовательное разведение исследуемого материала в расплавленном агаре (температура 48-50 ° С), с последующим разливом в чашки Петри, где агар застывает. Высевы делают, как правило, из трех-четырех последних разведений, где бактерий становится мало и, в дальнейшем, при росте на чашках Петри появляются изолированные колонии, образующиеся из одной исходной материнской клетки. Из изолированных колоний в глубине агара получают чистую культуру бактерий пересевом на свежие среды. Метод Шукевича - применяется для получения чистой культуры протея и других микроорганизмов обладающих «ползущим» ростом. Посев исследуемого материала производят в конденсационную воду у основания скошенного агара . Подвижные микробы (протей) способны подниматься вверх по скошенному агару , неподвижные формы остаются расти внизу на месте посева. Пересевая верхние края культуры можно получить чистую культуру. Метод Дригальского - широко применяется в бактериологической практике, при этом исследуемый материал разводят в пробирке стерильным физиологическим раствором или бульоном. Одну каплю материала вносят в первую чашку и стерильным стеклянным шпателем распределяют по поверхности среды. Затем этим же шпателем (не прожигая его в пламени горелки) делают такой же посев во второй и третьей чашках. С каждым посевом бактерий на шпателе остается все меньше и меньше и, при посеве на третью чашку, бактерии будут распределяться по поверхности питательной среды отдельно друг от друга. Через 1-7 сут выдерживания чашек в термостате (в зависимости от скорости роста микроорганизмов) на третьей чашке каждая бактерия дает клон клеток, образуя изолированную колонию, которую пересевают на скошенный агар с целью накопления чистой культуры. Накопительной называют такую культуру, в которой преобладают представители одной физиологической группы или даже одного вида микроорганизмов. Метод накопительных культур был введен в практику микробиологических исследований С. Н. Виноградским и М. Бейеринком. Сущность его заключается в создании элективных, т. е. избирательных условий, которые обеспечивают преимущественное развитие желаемых микроорганизмов или группы микроорганизмов из смешанной популяции. При создании элективных условий необходимо знать физиологию или четко представлять те особенности, которыми должны обладать выделяемые микроорганизмы. Элективные условия создают чаще всего, подбирая соответствующие среды, поскольку различные микроорганизмы для своего развития предъявляют неодинаковые требования к источникам питания. Например, микроорганизмы, способные фиксировать молекулярный азот, могут расти в среде, из состава которой исключены связанные формы азота. Если внести в такую среду почву, то из громадного разнообразия имеющихся в ней микроорганизмов в первую очередь будут развиваться азотфиксаторы. Накопительные культуры автотрофных микроорганизмов получают на средах, где единственным источником углерода служит углекислота. Отсутствие в среде других соединений углерода задерживает развитие гетеротрофов. 4. Назовите и охарактеризуйте методы идентификации микроорганизмов. Проанализируйте информационный уровень и материальное обеспечение их реализации. Идентификация микроорганизмов может проводиться по наличию в исследуемом объекте специфических летучих веществ, образующихся в результате метаболизма или распада клеток бактерий. Это наиболее четкие и надежные признаки, не требующие проведения количественного анализа и позволяющие использовать сравнительно простую технику. Такие критерии требуют проведения количественного анализа. Чем выше его точность, тем меньшие различия в соотношении компонентов на хроматограмме могут быть реализованы для целей диагностики.Идентификацию микроорганизмов и их токсикологическое исследование в судебной экспертизе проводят в связи с отравлением организма в результате выделения токсичных соединений вредными бактериями при их размножении в определенных условиях, а также в связи с заражением человека, животных и растений различными болезнями. Пробы для идентификации микроорганизмов рекомендуется отбирать следующими способами : взятием пробы металлической петлей или тампоном и переносом ее в пробирку с питательной средой; снятием отпечатков на полиэтиленовую липкую ленту ( метод реплик); отбором обрастаний с частицами поврежденного материала и покрытий скальпелем.В процессе идентификации микроорганизмов могут быть использованы биохимические тест-системы, идентификационные автоматизированные системы, а также любые современные методы идентификации микроорганизмов. Как основной способ идентификации микроорганизмов по пирограммам принят метод сравнения пирограмм исследуемых и известных микроорганизмов, при этом обязательным условием является рост микроорганизмов в одинаковой среде при одинаковых других условиях. Изменения в продуктах пиролиза могут быть связаны также с продолжительностью роста культуры. Но эти изменения за небольшой промежуток времени, сопоставимый с продолжительностью хроматографического опыта, не столь существенны, поэтому в работах, посвященных идентификации микроорганизмов, отмечается хорошая воспроизводимость пирограмм, что дает основание для получения воспроизводимых данных и успешного применения ПГХ для идентификации микроорганизмов. Надежный метод классификации и идентификации микроорганизмов может быть сведен, по-видимому, только к вычислению относительных разностей высот главных пиков с помощью вычислительной машины и к сравнению пирограмм неизвестных образцов с пирограммами стандартных веществ. Анализ случаев повреждения труб и идентификация микроорганизмов свидетельствуют о комплексности процессов. Отмечены сезонные колебания микрофлоры: зимой доминируют железобактерии, летом - СВБ. РЦФА является многоступенчатым способом обнаружения и идентификации микроорганизмов. Ее результаты являются более достоверными, чем в реакции имму-нофлуоресценции Кунса, поскольку они определяются не только специфической ободочной флуоресценцией бактерий на 2, 4, но и целым рядом других признаков, а именно: а) иммобилизацией подвижных форм микроорганизмов; б) явлением макро - и микроагглютинации; в) усилением специфической ободочной флуоресценции клеток до сверхяркого свечения на 5, 6 и, наконец, сопровождаются феноменом локального гашения неспецифической флуоресценции с одновременным контрастированием фона препарата. Впоследствии эту методику распространили на изучение микроорганизмов , была показана возможностьидентификации микроорганизмов и решения на этой основе ряда таксонометриче-ских задач. Исследованы три вида бактерий Azotobacter, два вида Pseudomonos, два вида Clastridium, два вида Cellulomonas и три вида Bacillus, выращенных в одинаковых условиях. Полученные пирограммы отражают как сходство, так и различия отдельных видов бактерий. Четыре пика на пирограммах были выбраны в качестве биологических меток. Важным дополнением к программе мониторинга при наблюдении за санитарным состоянием окружающей среды является идентификация микроорганизмов. Идентификация микроорганизмов может быть полезной при исследовании причин положительных результатов испытания на стерильность, при отклонении уровней опасности и уровней действия, при обнаружении устойчивых форм микроорганизмов. Микробиологическое изучение любой системы, использующей активный ил, включает: 1) идентификацию микроорганизмов и определение их численности; 2) оценку микробиологической активности как популяции в целом, так и отдельных видов; 3) оценку соотношения между ( 1) и ( 2), с одной стороны, и количеством вводимых питательных веществ и продуктов переработки - с другой. В процессе идентификации микроорганизмов могут быть использованы биохимические тест-системы, идентификационные автоматизированные системы, а также любые современные методы идентификации микроорганизмов. 5. Дайте характеристику генетическому аппарату клеток прокариот, и объясните способы размножения прокариот. Генетический аппарат бактерий представлен бактериальной хромосомой, внехромосомными факторами наследственности - плазмидами, а также входящими в их состав мобильными генетическими элементами. Генет-я инф-я бактерий сосредоточена в цитоплазме единственной хромосомы - ДНК, что позволяет отнести бактерии к гаплоидным организмам. Наслед-ая инф-я, присущая каждому виду, сохраняется в ряду поколений благодаря полуконсервативному механизму репликации. Реализуется она в жизненном цикле в соответствии с центральной догмой молек-й биологии ДНК → мРНК → белок. Кроме хромосомы в кл-х многих бактерий обнаружены нехромосомные генет-е элементы: плазмиды и мигрирующие элементы (МЭ) (транспозоны и IS-элементы). Для плазмид характерно стабильное существование в нехромосомном состоянии. Траспозоны и ISэлементы входят в состав хромосом, но способны мигрировать из хромосомы в плазмиду. Плазмиды обнаружены у многих бактерий из разных таксономических групп. Это внехромосомные факторы наследственности, представ-е собой небольшие линейные или кольцевые молекулы ДНК, кот. распол-ся в цитоплазме и способны к автономной репликации. Они содержат от 1.500 до 40.000 пар нк, число их в клетке колеблется от 1 до 38. Кол-во плазмидной ДНК в кл составляет несколько % от клеточного генома. Плазмиды несут 3 группы генов: гены, кодирующие способность к автономной репликации; гены, ответственные за перенос плазмиды из одной кл в другую; гены, кодир-е св-ва, полезные для клетки-хозяина. К последним относ-ся: устойчивость к лекар-м препаратам, синтез антибиот-в, способность к переносу генов при конъюгации, способность к ассимиляции углеводов и деградации некоторых в-в. МЭ – это линейные молекулы ДНК, несущие от 200 до 6.000 пар нк. Они неспособны к автономной репликации, но могут встраиваться в разные участки бактериальной хромосомы или мигрировать с нее на плазмиду. Частота переносов (транспозиции) МЭ-ов – 10-4 – 10-7. Транспозоны могут сод-ть гены устойчивости к антибиотикам, ионам тяжелых металлов и др токсич-им в-вам. IS-элементы сод-т инф-ю, необх-ю только для переноса внутри клетки. Встраивание этих элементов в бактериальную хромосому оказывает мутагенное действие, т.к. при этом происходит включение фрагмента ДНК, изменяющего послед-ть нк, что приводит к нарушению процесса транскрипции. Транспозиция обеспечивается ферментом – транспозазой. Ген, кодирующий этот фермент, входит в состав всех МЭ. Транспозаза обладает эндонуклеазной и лигазной функцией: она разрезает ДНК по краям МЭ (эндонуклеазная функция) и сшивает его с разрывом ДНК в новом месте (лигазная функция). В некоторых случаях транспозиция сопровождается удвоением МЭ и перемещением копии в другое место. IS элементы. Это разновидность МЭ, кот. не несут в своем составе структурные гены, а только гены, отвечающие за перемещение. Их размер меньше, чем транспозонов, и составляет от 700 до 1800 пар нк. Центральную часть IS элемента занимает ген, кодирующий траспозазу; некоторые IS элементы несут промоторы или репрессоры генов, или их части. На обоих концах IS элемента нах-ся повтор-ся послед-ти, или палиндромы, размером 10 – 40 пар нк., по кот. транспозаза распознает его и вырезает. Значение. 1. Участвуют в мутационной изменчивости м/о – инсерциях и делециях. Инсерция IS элементов в бактериальную ДНК приводит к синтезу неполноценного белка. При встраивании нек-х IS элементов по обоим их концам происходит удвоение участка хромосомы размером 5 - 9 пар нк. С меньшей частотой (10-3-10-4) IS элементы приводят к делециям в прилегающих генах. 2. Яв-ся генет-ми маркерами вида или рода бактерий. 3. Яв-ся местом распознавания и встраивания плазмид и генно-инженерных векторов. 4. Участвуют в регуляции функций генов – активации или репрессии, т.к. несут в своем составе промоторы или репрессоры генов или их компоненты. Транспозоны. Это разновидность МЭ, кот. содержат в своем составе один или несколько структурных генов и гены, ответственные за перемещение. Транспозоны обозначают Tn с числовым индексом, например, Tn 4556. Их размер больше IS элементов и составляет 2.500 – 7.000 пар нк. На обоих концах Tn находятся прямые или инвертированные повторы, по кот. транспозаза распознает их и вырезает. Частота транспозиций Tn сравнима с частотой мутаций. В зависимости от структуры выделяют два класса транспозонов: 1. Сборные. Состоят из фенотипического модуля (гены резистентности) и двух располагающихся по краям IS элементов, ориентированных в одном или противоположных направлениях. IS элементы обеспечивают перемещение транспозонов, но могут покидать его и перемещаться самостоятельно. 2. Комплексные. Состоят из фенотипического модуля (гены резистентности) и располагающихся по краям непрямых повторов размером 30 - 40 пар нк. Обмен генет-й инфи. Геном бактерий харак-ся пластичностью, или способностью изменяться. В зависимости от механизмов формирования генетического разнообразия бактерий выделяют: 1) клональные штаммы, генетическое разнообразие которых формируется только благодаря мутациям (Mycobacterium tuberculosis.); 2) панмиктические штаммы, генетическое разнообразие которых формируется благодаря мутациям и горизонтальному переносу генов (Neisseria gonorrhoeae). Горизонтальный перенос генов – обмен генет-ой инф-ей м/у различными эволюционными линиями. В основе горизонтального переноса генов лежат генетические рекомбинации. У бактерий сущ-т три варианта рекомбинаций ДНК: трансформация, трансдукция и конъюгация. Трансформация - разновидность рекомбинативной изменчивости м/о, сопровождающаяся переносом ДНК от донора к реципиенту через окр-ю среду. В процессе трансформации ДНК-фрагмент погибшей и разрушенной бактерии встраивается в ДНК реципиента, наход-ся в состоянии компетенции. Описана как у грам+, так и грам- бактерий родов Bacillus, Escherichia. Для осущ-я трансформации необходимо: l. Наличие небольшого (до 20 генов) фрагмента дц ДНК донорской клетки. Одноцепочечные или меньшего размера ДНК быстро разрушается нуклеазами окр. среды. 2. Наличие реципиента, нах-ся в состоянии компетенции. Состояние проницаемости бактериальных мембран для ДНК - компетенция. Стадии трансформации. На 1 стадии происходит захват ДНК клеткой-рецепиентом. На 2 стадии происходит реципрокный обмен м/у донорской и реципиентной ДНК - гомологичной рекомбинацией. Трансдукция - разновидность рекомбинативной изменчивости м/о-в, сопровождающаяся переносом генет-й инф-и от донора к реципиенту с помощью бактериофага. Описана у родов бактерий: Salmonella, Escherichia, Shigella, Bacillus и др. Капсидная оболочка бактериофага защищает ДНК от действия нуклеаз, поэтому трансдукция, в отличие от трансформации, не чувствительна к нуклеазам. Трансдукцию осущ-ют умеренные фаги. Они переносят небольшой фрагмент генома клетки хозяина среди особей одного вида. В зависимости от исхода взаимод-я фага с бактерией выделяют литические и умеренные фаги. Литические (вирулентные) фаги впрыскивают нуклеиновую к-ту в клетку и репродуцируются в ней, после чего покидают клетку путем лизиса. Лизогенные, или умеренные фаги, инъецировав свою ДНК в клетку, могут вести двояко: 1) начать цикл репродукции и покинуть клетку путем лизиса; 2) интегрировать свою генет-ю инф-ю в геном бактерии и в его составе передаваться дочерним клеткам. Конъюгация – разновидность рекомбинативной изменчивости м/о, сопровождающаяся переносом генет-й инф-и от донора к реципиенту через непосредственный контакт (конъюгационный мостик). В естественных условиях происходит с частой 1:106. Конъюгация - основной механизм горизонтальной передачи генов. Может осущ-ся среди особей одного вида, так и разных видов, и способствует передаче таких признаков, как множественная антибиотикорезистентность.. Для осущ-я конъюгации необходимо: 1. Наличие донора. Донор отличается от реципиента присутствием полового фактора F (от fertility - плодовитость), представляющего автономно реплицирующуюся плазмиду (кольцевая дц молекула ДНК), содержащую около 25 генов, кот. детерминируют: 1) процесс независимого от генома удвоения (репликации); 2) особые структуры клеточной поверхности - половые пили, F-пили, кот. служат для взаимного узнавания при контакте донора и реципиента и образуют конъюгационный мостик. 2. Наличие реципиента. Не имеет плазмиды F. Исход конъюгации и частота передачи хромосомных признаков зависят от физиол-го состояния F фактора. Способы размножения прокариот. Для подавляющего большинства прокариот харак-но бинарное поперечное деление, приводящее к образованию двух одинаковых дочерних клеток. При таком способе деления имеет место симметрия в отношении продольной и поперечной оси. А - деление путем образ-я поперечной перегородки; Б - деление путем перетяжки; В почкование; Г - множественное деление; 1 - клеточная стенка (толстая линия – кл. стенка материнской клетки, тонкая - заново синтезированная); 2 - ЦПМ ; 3 - мембранная структура; 4 - цитоплазма, в центре кот. расположен нуклеоид; 5 – доп-й фибриллярный слой кл-й стенки. У большинства бактерий деление происходит путем синтеза поперечной перегородки, идущего от периферии к центру (А). Сначала происходит кольцевое впячивание ЦПМ, сопровожд-еся формированием мезосом. Они обр-ся в месте закладки поперечной перегородки. Поперечная перегородка форм-ся из ЦПМ и пептидогликанового слоя. У Е. coli деление происходит путем перетяжки. На месте деления обнар-ся постепенно увелич-еся и направленное внутрь искривление ЦПМ и клеточной стенки (Б). Бинарное деление – почкование. При почковании на одном из полюсов материнской клетки образуется маленький вырост (почка), увеличивающийся в процессе роста. Постепенно почка достигает размеров материнской клетки, после чего отделяется. Клеточная стенка почки полностью синтезируется заново (В). Для одной группы одноклеточных цианобактерий описано размножение путем множественного деления. Оно начинается с предварительной репликации хромосомы и увеличения размеров вегетативной клетки, кот. затем претерпевает ряд быстрых последовательных бинарных делений, происходящих внутри дополнительного фибриллярного слоя материнской клеточной стенки. Это приводит к образованию мелких клеток, получивших название баеоцитов, число которых у разных видов колеблется от 4 до 1000. Конъюгация или половой процесс. Некоторые виды прокариот размножаются именно таким путем. Процесс: одна клетка передает генетическую информацию другой, но численность особей при этом не увеличивается, просто появляется клетка с такой же генетикой. В искусственных условиях бактерии размножаются по 4-м фазам: лаг-фаза; фаза экспоненциального роста; стационарная фаза; фаза отмирания. Начальная фаза вкл-ет период от посева бактерий на свежую пит-ю среду до достижения ими максим-ой скорости деления. В начале лаг-фазы бактерии приспосаб-ся к новым условиям. В клетках идет синтез ферментов, нк к-т, белков, активизируются обменные процессы. Клетки интенсивно растут, размеры их увел-ся, но деления не происходит. Длитть фазы зависит от полноценности состава пит-й среды и от состояния культуры. Чем выше полноценности состава пит-ой среды и моложе культура бактерий, тем короче лаг-фаза. Логарифмическая фаза харак-ся постоянной макс-й скоростью деления клеток. Число клеток возрастает в геомет-й прогрессии. Скорость роста зависит от вида бактерий и от среды. Во времени эта фаза непродолжительна: для E.coli – 20-30 мин, для азотобактера – 70-80 мин, для клубеньковых бактерий – до 90 мин, для нитрифицирующих бактерий 5-10 часов. В процессе интенсивного роста бактериальной популяции быстро истощается пит-я среда, накапливаются токсичные продукты обмена, снижается интенсивность синтеза компонентов клетки. Размеры клеток достигают мин-го предела. Все это приводит к замедлению роста популяции и переходу ее в следующую фазу. Стационарная фаза наступает тогда, когда число клеток перестает увел-ся. Скорость роста снижается из-за недостатка субстрата, из-за большой плотности популяции, низкого парциального давления кислорода или накопления токсичных продуктов обмена. Многие клетки еще продолжают делиться, но кол-во вновь образующихся клеток равно кол-ву погибающих. При этом общая численность бактериальной популяции не изменяется. Кол-во биомассы, достигнутое в стационарной фазе, называют выходом или урожаем. Фаза отмирания харак-ся массовой гибелью бактериальных клеток. Число живых клеток может снижаться экспоненциально. Иногда клетки лизируются под действием собственных ферментов (автолиз). Пит-я среда истощается, и в ней накапливается большое кол-во токсичных в-в и продуктов метаболизма. В таких условиях выживают лишь единичные особи, кот. переходят в состояние покоя. Сохранившаяся малочисленная бактериальная популяция пребывает в состоянии покоя неопределенно долгий период времени, пока культура вновь не окажется в условиях, благоприятных для ее развития, и описания закономерности снова будут повторяться. 6. Опишите мутуалистические и паразитические симбиозы микроорганизмов, приведите примеры. Большинство мо в естественных условиях находится в определенных взаимоотношениях друг с другом, а также с орга¬низмом своих хозяев — растений, животных, человека. Эти отношения сложились в процессе эволюции. Ассоциативные взаимоотношения или сожительство разных видов микроорганизмов, а также с другими формами жизни получили название симбиоза. Типы, или формы, симбиотических отношений чрезвычайно разнообразны. Крайними из них являются мутуализм и антагонизм. Мутализм представляет собой такую форму сожительства, при котором оба партнера (симбионты) получают взаимную выгоду. Примерами мутуалистического симбиоза, или мутуализма, являются взаимоотношения между клубеньковыми бактериями и бобовыми растениями. Эти бактерии питаются за счет своих хозяев — бобовых растений, в которых они живут. В то же время растения потребляют необходимые для их роста и развития азотистые соединения, синтезируемые клубеньковыми бактериями из атмосферного азота. Аналогичное явление наблюдается при симбиозе денитрифицирующих бактерий с бактериями, разлагающими целлюлозу. Первые, являясь анаэробными, в процессе денитрификации освобождают кислород, необходимый для развития аэробных бактерий, разлагающих целлюлозу. В свою очередь при брожении целлюлозы выделяются питательные вещества и энергия, необходимые для развития денитрифицирующих бактерий. Гриб Mucor ramannianus и дрожжи Rhodotorula rubra нуждаются в витамине Вх (тиамине). Первый из этих видов может синтезировать пирими-диновый компонент, но не способен к синтезу тиазола; второй продуцирует тиазол, но не способен к синтезу пиримидина. Если оба организма выращивать в смешанной культуре, то первый вид будет выделять пиримидиновый, а второй-тиазоловый компонент, так что потребности обоих видов будут удовлетворены. Паразитизмхарактеризуется тем, что один вид микроорганизма (паразит) поселяется в клетке другого (хозяина) и питается за счет хозяина. Абсолютные (облигатные) Паразиты не могут развиваться в отсутствие хозяина. Известны паразитические формы бактерий и плесневых грибов, развивающиеся в клетках или в гифах хозяев. Примером паразитизма в известной мере может также служить явление бактерио- и актинофаги. Антагонизм — подавление развития одних форм микробов другими с помощью вырабатываемых ими антимикробных веществ. Этими веществами могут быть: химические соединения неспецифического действия (кислоты, спирты, перекиси и др.), которые подавляют рост микробов при высоких концентрациях; антибиотики, обладающие специфичностью действия и проявляющие антимикробные свойства при низких концентрациях. 7.Проанализируйте морфологию клеток прокариот, их размеры, форму группирование, редкие формы клеток и многоклеточные микроорганизмы. и Прокариоты, или бактерии – это предъядерные организмы, у кот-х отсутствует настоящее ядро. К прокариотам относятся настоящие бактерии (эубактерии), архебактерии и цианобактерии. По типам обмена в-в: гетеротрофные (свободноживущие и обитающие в других организмах) и автотрофные (фотосинтезирующие и хемосинтезирующие), аэробные и анаэробные. Тело прокариот состоит из одной клетки. Основные морфологические типы: 1. Кокки – шаровидные формы. Относятся: микрококки – одиночные клетки, диплококки – парные кокки; стрептококки – колонии в виде цепочек; стафилококки – гроздевидные колонии; сарцины – колонии кубической формы. 2. Палочки. К палочкам относятся: собственно бактерии (кот-е не обр-ют споры), а также бациллы и клостридии(кот-е обр. споры). Споры у бактерий служат не для размножения, а для перенесения неблагоприятных условий – одна клетка обр-ет одну спору. 3. Извитые формы. относятся одноклеточные бактерии: спириллы (клетки в виде длинной спирали) и вибрионы(клетки, изгиб кот-х составляет 1/4 спирали). 4. Нитевидные формы. К нитевидным формам относятся как одноклеточные, так и многоклеточные прокариоты. Тело нитевидных прокариот может быть неразветвленным и разветвленным. Особенности строения прокариотической клетки. Отсутствуют постоянные двумембранные и одномембранные органоиды: пластиды и митохондрии, эндоплазматическая сеть, аппарат Гольджи и их производные. Их функции выполняют мезосомы – складки плазматической мембраны. У фотоавтотрофных прокариот имеются разнообразные мембранные структуры, на которых протекают реакции фотосинтеза. Иногда их называют бактериальными хроматофорами. Специфическим в-вом клеточной стенки прокариот яв-ся муреин (у некоторых прокариот муреин отсутствует). По характеру окрашивания клеточной стенки различают грамм(+) и грамм(-) бактерии. Пространство м\у мембраной и клеточной стенкой служит резервуаром протонов при фотосинтезе и аэробном дыхании. Генетический аппарат прокариот представлен бактериальными хромосомами и плазмидами. Бактериальная хромосома – это кольцевая молекула ДНК длиной в несколько миллионов нуклеотидных пар, стр-ра которой стабилизирована молекулами РНК и негистонными белками. Область цитоплазмы, в которой находится бактериальная хромосома, наз. нуклеоид. Обычно в бактериальной клетке имеется одна бактериальная хромосома, однако сущ-ют прокариоты, у которых бактериальная хромосома представлена множеством копий. Плазмиды – это мелкие кольцевые молекулы ДНК, несущие дополнительную генетическую инф-цию. Размножение бактерий Бесполое (вегетативное) размножение бактерий происходит путем бинарного деления клеток (дробления). У некоторых видов известен половой процесс (конъюгация). При конъюгации одна из кл-к передает генетическую инф-цию другой клетке. При этом ув-ния числа особей не происходит. Перенос генетической инф-ции может происходить с помощью вирусов (трансдукция) или путем прямого переноса ДНК через мембрану (трансформация). При размножении бактерий в искусственных ус-ях в развитии культуры выделяется 4 периода, или фазы. 1 фаза – лаг-фаза. Численность бактерий увеличивается очень медленно. 2 фаза – фаза экспоненциального роста. 3 фаза – стационарная фаза. 4 фаза – фаза отмирания. Распространение и экология прокариот Прокариоты распространены повсеместно: в почве, воде, воздухе и тд. Наиболее велико содержание прокариот в почве: до 5 млрд. бактериальных клеток в одном грамме чернозема. В почве обнаруживаются споры патогенных для человека видов. В воде содержание прокариот меньше: даже в загрязненной воде обычно не более 1 млн. бактериальных клеток в 1 мл. В организме человека прокариоты встречаются на поверхности кожи, в полости рта, в желудочно-кишечном тракте, в дыхательных путях, в мочеполовых путях. Экология прокариот определяется типами обмена веществ. Гетеротрофы нуждаются в готовых органических веществах. Среди гетеротрофных эубактерий имеются сапротрофы(свободноживущие формы), комменсалы (нахлебники), факультативные паразиты и облигатные паразиты. К сапротрофам относятся, н-р, молочнокислые бактерии. В природе сапротрофы выполняют функции деструкторов и минерализаторов (редуцентов), н-р, сенная палочка. К комменсалам относится кишечная палочка. Автотрофы способны к фиксации углекислого газа. В некоторых экосистемах автотрофные прокариоты яв-ся важными продуцентами органического вещества. К ним относятся хемоавтотрофы (литотрофы) и фотоавтотрофы. Хемоавтотрофы способны к хемосинтезу: для фиксации углекислого газа они исп-ют энергию хим-х р-ций. Хемотрофные прокариоты обеспечивают круговорот важнейших элементов: азота, серы, железа.Фотоавтотрофы – это фотосинтезирующие прокариоты: для фиксации углекислого газа они используют световую энергию. Многие прокариоты могут переходить с одного типа питания на другой (миксотрофы). По характеру энергетического обмена прокариоты делятся на аэробов, облигатных (обязательных) анаэробов и факультативных анаэробов. Представители аэробных прокариот – стафилококки, облигатных анаэробов – клостридии (возбудители газовой гангрены), факультативных анаэробов – холерный вибрион. Особую группу прокариот составляют азотфиксаторы. Они переводят атмосферный азот в аммиачную форму, доступную высшим растениям. Сущ-ют свободноживущие аэробные азотфиксаторы (азотобактер) и анаэробные (клостридиум). Симбиотические азотфиксаторы (ризобиум) в виде специальных препаратов специально вносятся в почву совместно с семенами бобовых культур. Прокариоты и бобовые растения вступают в симбиоз, на корнях бобовых обр-ся клубеньки, содержащие азотфиксирующие бактерии. В результате азота фиксируется больше, чем требуется симбионтам; тогда избыток фиксированного азота накапливается в почве. Патогенные (болезнетворные) прокариоты Среди прокариот различают патогенные виды (безусловно вызывают инфекционные заболевания), непатогенные виды (комменсалы) и условно патогенные виды. Разнообразие прокариот Известно около 3 тысяч видов прокариотических организмов -это те виды, которые культивируются в лабораторных условиях. Существуют прокариоты, которые не выделены в виде чистых культур.. Основные группы прокариот Архебактерии (археи). Это небольшая группа непатогенных прокариот, у которых структура генов и строение рибосом сходны с эукариотическими. К архебактериям относятся многие термофилы, галофилы и метанобразующие бактерии. По способу питания – гетеротрофы. Окисление органических веществ происходит и за счет брожения, и за счет кислородного дыхания (факультативные анаэробы). Эубактерии (собственно бактерии). Основные морфологические типы: кокки, палочки, вибрионы, бациллы. В состав клеточной стенки входит муреин. По особенностям строения клеточной стенки делятся на грамотрицательные и грамположительные. Гетеротрофные эубактерии. К ним относится большинство эубактерий: кишечная палочка, сальмонеллы, молочнокислые бактерии и многие другие. Все эти бактерии в качестве источника углерода используют органические вещества, однако по характеру энергетического обмена они делятся на несколько групп. 1. Анаэробные гетеротрофы. Получают энергию за счет различных видов брожения углеводов и гниения белков. 2. Аэробные гетеротрофы. Получают энергию за счет кислородного окисления органических веществ. 3. Факультативные анаэробные гетеротрофы. Способны получать энергию и за счет брожения или гниения, и за счет кислородного окисления. 4. Анаэробные хемогетеротрофы. Получают энергию путем окисления неорганических веществ с помощью неорганических окислителей: серы, сульфатов, трехвалентного железа, нитратов. 5. Аэробные хемогетеротрофы. Получают энергию путем окисления неорганических веществ с помощью кислорода. Фотогетеротрофные эубактерии. В качестве источника углерода используют готовые органические вещества, однако в качестве источника энергии используют свет. Представители: пурпурные несерные бактерии. Хемоавтотрофные (хемосинтезирующие) эубактерии. Способны к фиксации углекислого газа. Получают энергию путем окисления различных веществ. 1. Анаэробные хемоавтотрофы. Энергию получают путем окисления серы, сероводорода и серосодержащих аминокислот с помощью нитратов (то есть все они – денитрификаторы). 2. Аэробные хемоавтотрофы. Энергию получают путем окисления неорганических веществ и серосодержащих аминокислот с помощью кислорода. Фотоавтотрофные (фотосинтезирующие) эубактерии. В качестве источника углерода используют углекислый газ. Для восстановления углекислого газа используют световую энергию. В клетках содержатся фотосинтетические пигменты: бактериохлорофиллы. Актиномицеты. Это прокариоты, конвергентно сходные с грибами по жизненному циклу и биохимическим особенностям. Их тело представлено неклеточным мицелием сложной формы. Клеточная оболочка муреиновая. Аэробы, факультативные анаэробы. Микоплазмы. Это группа исключительно мелких прокариот, неспособных самостоятельно синтезировать большинство необходимых для клетки веществ. Отличаются высоким уровнем полиморфизма. Спирохеты. Это прокариоты, вдоль тела которых тянется осевая нить; вокруг этой нити обвивается цитоплазма (форма клетки штопоровидная). Сапрофиты, комменсалы. Цианобактерии (цианобионты) – это особый отдел фотоавтотрофных прокариот. Генетический аппарат цианобактерий – прокариотического типа: он представлен нуклеоидом, в состав которого входит кольцевая хромосома без белков– гистонов; ядерная оболочка отсутствует. В состав клеточных стенок входит муреин. Запасным углеводом является гликоген. Клеточная стенка многослойная. Жгутики отсутствуют. Характерны особые фотосинтетические пигменты (фикобилины. Цианобактерии способны к фиксации атмосферного азота, поэтому они способны развиваться при недостатке этого элемента. 8.Дайте характеристику архебактериям, сравните их с другими микроорганизмами, укажите их место в эволюции. Формы клеток архебактерий в целом сходны с таковыми эубактерий. Среди них есть кокки, палочки, извитые клетки и виды, характеризующиеся слабым ветвлением. Особенность архебактерий — отсутствие сложных многоклеточных форм, мицелиальных и трихомных, достаточно хорошо представленных у грамположительных и грамотрицательных эубактерий. По тонкому строению клетки, архебактерии принципиально не отличаются от эубактерий и ближе к грамположительной их ветви. Прокариотная организация архебактерий проявляется в отсутствии у них ядра и характерных для эукариот органелл, окруженных мембраной. Хромосомная ДНК. расположена непосредственно в цитоплазме и имеет вид электроннопрозрачной зоны, заполненной нитями ДНК. От внешней среды клетки отделены клеточной стенкой (исключение составляет Thermoplasma acidophilum). У одних видов она выглядит как толстый гомогенный слой, у других — тонкий, структурированный. У некоторых нитчатых форм поверх клеточной стенки расположен чехол, объединяющий несколько клеток. Многие виды имеют жгутики и ворсинки эубактериального типа. В цитоплазме некоторых архебактерий обнаружены газовые вакуоли и запасное вещество гликоген, присущие многим эубактериям. Способы размножения разное: равновеликое бинарное деление, почкование, фрагментация. Все они имеются и у эубактерий. Многие макромолекулы, входящие в состав архебактерий (липиды, полисахариды, белки), уникальны и 'не 'найдены ни у эубактерий, ни у эукариот. Одно из существенных отличий архебактерий связано с химическим составом клеточных стенок, в которых не обнаружен характерный для эубактерий пептидогликан. Вместо него у ряда архебактерий из группы метанобразующих найден другой пептидогликан, получивший название псевдомуреина. Кроме того, аминосахара гликановой цепи псевдомуреина соединены не с помощью b-1,4-, а через (b-1,3-гликозидные связи. Описаны метанобразующие архебактерии с очень толстой (до 500 нм) аморфной клеточной стенкой, дающей положительную реакцию по Граму, построенной исключительно из кислого гетерополисахарида, в составе которого обнаружены галактозамин, нейтральные сахара и уроновые кислоты. Наличие у этих бактерий положительного окрашивания по Граму может служить указанием на то, что оно определяется не химическим составом клеточной стенки, а ее строением. Все архебактерии с клеточной стенкой белковой природы грамотрицательны. Другое уникальное свойство архебактерий касается состава их мембранных липидов. У них присутствуют эфиры, образованные путем конденсации глицерина с терпеноидными спиртами. В мембранах архебактерий присутствуют до 80–90% полярных фосфо- и гликолипидов, образованных на основе ди- и тетраэфиров. Экстремально галофильные архебактерии содержат диэфиры в качестве единственных мембранных гликолипидов. В мембранах ацидотермофильных архебактерий почти все гликолипиды представлены тетраэфирами. Метанобразующие бактерии содержат ди- и тетраэфиры, соотношение их в мембранах зависит от вида. Наличие пятичленных колец в бифитаниловых цепях характерно для термоацидофильных архебактерий, и это понятно, так как эти химические структуры способствуют стабилизации мембраны, снижая ее текучесть и обеспечивая функционирование при высоких температурах. Помимо полярных липидов архебактерии содержат нейтральные липиды, основными из которых являются изопреноидные углеводороды, насыщенные или содержащие двойные связи, — производные C15-C30-изопреноидных скелетов. Доминирование в мембране архебактерий липидов, образованных на основе ди- и тетраэфиров, поставило вопрос о принципиальной ее организации. По современным представлениям, у всех эубактерий и эукариот основу элементарной (липопротеиновой) мембраны составляет липидный бислой. Диэфиры архебактерий способны образовывать элементарные мембраны, состоящие из двух ориентированных слоев липидных молекул. Молекулы тетраэфира имеют длину порядка 5–7,5 нм. Толщина мембраны архебактерий примерно 7 нм. Такая мембрана не может быть организована из двух слоев тетраэфирных молекул. Очевидно, что в данном случае она представляет собой липидный монослой. Монослойные липидные мембраны обладают, очевидно, повышенной жесткостью по сравнению с бислойными. Существенные отличия выявлены у архебактерий в строении генома, аппаратов репликации, транскрипции и трансляции. В группе архебактерий наименьший геном среди свободноживующих форм прокариот: Особенность генома архебактерий — наличие многократно повторяющихся нуклеотидных последовательностей, а в генах, кодирующих белки, тРНК и рРНК, — интронов, что характерно для эукариот. У некоторых архебактерий обнаружены основные гистоноподобные белки, связанные с ДНК. Помимо хромосомной ДНК в клетках архебактерий обнаружены типичные для эубактерий фаги, плазмиды, мигрирующие элементы. Существование механизмов переноса генетической информации с помощью фагов и плазмид позволяет предполагать, что архебактерии должны каким-то образом защищать собственный генетический материал от чужеродного. Найдено, что архебактерии обладают системой рестрикции-модификации, аналогичной эубактериальной. ДНК-зависимая РНК-полимераза архебактерий сочетает свойства, характерные для эукариот и эубактерий. У всех изученных представителей архебактерий. Фермент архебактерий отличается структурной сложностью, в его состав входят от 5 до 11 отдельных субъединиц. (РНК-полимеразы эубактерий состоят из 4 — 8 компонентов, а эукариот — 10 — 14 субъединиц). Архебактериальная и все РНК-полимеразы эукариот не чувствительны к этим антибиотикам. Архебактериальная ДНК, перенесенная с помощью плазмиды в клетку эубактерий, может считываться в ней, результатом чего является синтез функционально активных ферментов. Метаболизм архебактерий. В группе архебактерий известны организмы с хемоорганогетеротрофным, хемолитоавтотрофным, хемолитогетеротрофным и фотогетеротрофным типом питания. Источником углерода для разных представителей могут служить сахара, аминокислоты, органические кислоты, C1-соединения и CO2. У архебактерий, метаболизм которых связан с молекулярной серой, автотрофная фиксация CO2 происходит по восстановительному ЦТК, функционирующему также в группе зеленых серобактерий; виды, способные расти на среде с CO2 + H2, фиксируют углекислоту по недавно открытому нециклическому ацетил-КоА-пути, описанному у ацетогенных эубактерий. Катаболизирование архебактериями Сахаров происходит по путям, гликолиза, окислительный пентозофосфатный путь, ЦТК и путь Энтнера–Дудорова. Эти катаболические пути найдены не у всех представителей группы. У многих архебактерий, например, отсутствует гликолиз. Таким образом, анаболические и катаболические пути превращения углеродных соединений у архебактерий сходны с эубактериальными путями. Способы получения архебактериями энергии включает бесхлорофилльный фотосинтез, брожение, аэробное и анаэробное дыхание, при котором конечными акцепторами электронов могут быть CO2 и другие. У организмов, получающих энергию с использованием электронного транспорта, в качестве электронпереносящих компонентов обнаружены ферредоксины, хиноны, цитохромы. Признаки, характерные для эубактерий эукариот Нуклеоид Жгутики Бактериофаги, плазмиды Газовые вакуоли Фимбрии Серное дыхание Типы автотрофной фиксации CO2 Азотфиксация Типы ферредоксинов и цитохромов Один из типов клеточных стенок (псевдомуреин) Система рестрикциимодификации Размер рибосом и рРНК Типы некоторых рибосомальных белков Повторяющиеся последовательности в хромосомной ДНК Гистоны, связанные с хромосомной ДНК Наличие интронов в генах Процессинг Родопсиновый белок Форма рибосом и строение некоторых рибосомальных белков Чувствительность к некоторым антибиотикам, угнетающим клетки эукариот Признаки, уникальные для архебактерий Клеточные стенки Особые мембранные липиды Монослой липидов в ЦПМ некоторых видов Субъединичный состав РНК-полимеразы Специфические кофакторы Образование метана Тип фотосинтеза Особенности нуклеотидного состава 5S, 16S рРНК и тРНК Сложный компонентный состав рибосомальных белков Способность некоторых видов расти при температурах выше 100° Среди архебактерий есть строгие и факультативные анаэробы и облигатные аэробы, нейтрофилы и облигатные ацидофилы, экстремальные галофилы. В этой же группе наряду с мезофилами описаны экстремальные термофилы, имеющие оптимальную температуру роста свыше 100°. Именно к этой группе прокариот относятся бактерии, растущие при самых высоких температурах. К архебактериям предположительно относятся микроорганизмы, обнаруженные на дне океана на глубине около 2,5 км, где давление достигает 260 атм, а температура воды в зонах выходящих со дна "черных гейзеров" — 250 — 300°. По многим признакам архебактерий проявляют гораздо больше отличий друг от друга, чем эубактерий и эукариоты. Промежуточное положение занимает термоацидофильная микоплазма Thermoplasma acidophilum. Максимальные "эволюционные расстояния" между разными группами архебактерий, выраженные с помощью коэффициента SAB, достигают величины, равной 0,2. Такая же величина SAB характеризует и филогенетически далекие группы эубактерий. По молекулярной организации ветвь, включающая метанобразующие и экстремально галофильные архебактерий, ближе к эубактериям, а серозависимые архебактерий — к эукариотам. Данные, суммированные в табл., говорят об обособленности группы архебактерий, их особом эволюционном пути и обоснованности выделения в таксой высокого ранга. Относительно места архебактерий в эволюции мнения также расходятся. Согласно одному из них, архебактерий — одна из трех древних ветвей прокариотных организмов, самостоятельно развившихся из общего предка, не достигшего еще прокариотного уровня организации. Ряд исследователей акцентируют внимание на том, что архебактерий и эубактерий имеют много общих признаков, которые они, вероятно, унаследовали от общего предка, имевшего вполне развитое прокариотное строение.
