• A
  • A
  • A
  • АБB
  • АБB
  • АБB
  • А
  • А
  • А
  • А
  • А
Обычная версия сайта
Бакалавриат 2020/2021

Микробиология

Лучший по критерию «Полезность курса для Вашей будущей карьеры»
Лучший по критерию «Полезность курса для расширения кругозора и разностороннего развития»
Статус: Курс обязательный (Клеточная и молекулярная биотехнология)
Направление: 06.03.01. Биология
Когда читается: 2-й курс, 1, 2 модуль
Формат изучения: с онлайн-курсом
Охват аудитории: для всех кампусов НИУ ВШЭ
Язык: русский
Кредиты: 5

Программа дисциплины

Аннотация

Микробиология — наука, предметом изучения которой являются микроскопические существа, называемые микроорганизмами (микробами) (включающими в себя: Одноклеточные организмы, Многоклеточные организмы и Бесклеточные), их биологические признаки и взаимоотношения с другими организмами, населяющими нашу планету. В область интересов микробиологии входит их систематика, морфология, физиология, биохимия, эволюция, роль в экосистемах, а также возможности практического использования.Программа предназначена для преподавателей, ведущих дисциплину «Микробиология», учебных ассистентов и студентов направления подготовки 06.03.01 Биология, обучающихся по образовательной программе «Клеточная и молекулярная биотехнология». Программа учебной дисциплины разработана в соответствии с: Образовательным стандартом НИУ ВШЭ по направлению 06.03.01 Биология; Образовательной программой «Клеточная и молекулярная биотехнология» и объединенным учебным планом по образовательной программе «Клеточная и молекулярная биотехнология». Данная учебная дисциплина включена в раздел «Профессиональный цикл» Учебного плана 06.03.01 Биология и относится к базовой профильной части. Осваивается на 2 курсе в 1-2 модулях. Изучение данной дисциплины базируется на результатах освоения дисциплины «Клеточная биология: основы биопроцессов». Основные положения дисциплины «Микробиология» будут использоваться в рамках изучения дисциплин «Вирусология», «Энзимология», «Медицинская биотехнология», «Нанобиотехнологии», «Биоинженерия микроорганизмов» и др., а также при прохождении практик на 2-4 курсах образовательной программы «Клеточная и молекулярная биотехнология».
Цель освоения дисциплины

Цель освоения дисциплины

  • знакомство с последними достижениями в области микробиологии. Рассматриваются современные проблемы микробиологии: взаимоотношения микроорганизмов между собой и с другими организмами, особенности конструкционного и энергетического метаболизма основных групп микроорганизмов, их пищевые потребности, структурная организация прокариотной клетки, и функции их отдельных компонентов, действие физических и химических факторов на микроорганизмы, особенности распространения прокариот в различных экотопах, взаимодействие с прокариотическими и эукариотическими клетками. Оценивается вклад прокариот в процессы трансформации углерода, кислорода, азота, фосфора, железа и серы. Целью проведения семинаров по дисциплине «Микробиология» являются изучение техники безопасности при проведении микробиологических работ и основных методов исследования микроорганизмов и микробиологических процессов.
Планируемые результаты обучения

Планируемые результаты обучения

  • Освоение основных понятий микробиологии, ее предмета и методов, генетической инженерии микроорганизмов.
  • Освоение основных правил и терминов номенклатуры прокариот.
  • Знание важнейших отличительных признаков эукариот и прокариот.
  • Освоение основ структурной организации прокариотной клетки и ее отдельных компонентов.
  • Знание химического состава и функций ее отдельных органелл и компартментов.
  • Освоение основ генетики микроорганизмов, а именно изменчивости и мутаций.
  • Освоение морфологической дифференциация прокариот в ходе жизненного цикла.
  • Освоение химического состава прокариотной клетки.
  • Знание принципов составления сред для культивирования микроорганизмов.
  • Освоение основных параметров роста культур.
  • Освоение основных типов метаболизма прокариот.
  • Знание структуры и функций фотоактивных ретинальсодержащих пигментов.
  • Знания об основных действий химических и физических факторов на прокариоты.
  • Знание различных методов почвенных посевов.
  • Способность подсчета количества колоний и качества состава микрофлоры почвы.
  • Освоение базовых знаний об участии микроорганизмов в превращении веществ и энергии в биосфере.
  • Освоение основных уровней организации живой материи, изучаемых экологией. Знания о микробных популяциях.
  • Освоение различных форм отбора в формировании популяционной структуры прокариот.
  • Знание о взаимосвязи популяций.
  • Освоение способов передачи информации у бактерий.
Содержание учебной дисциплины

Содержание учебной дисциплины

  • Тема 1. Введение. Микробиология как наука. Распространение микроорганизмов. Общая характеристика и значение микрофлоры почвы, воды и воздуха. Микроорганизмы в народном хозяйстве. Форма и размеры прокариот.
    Микробиология как наука. Возникновение и развитие микробиологии. Современная микробиология, ее направления и задачи. Значение микроорганизмов в жизни человека. Практическое использование микроорганизмов. Генетическая инженерия микроорганизмов: проблемы и перспективы. Распространение микроорганизмов. Общая характеристика и значение микрофлоры почвы, воды и воздуха. Значение микроорганизмов в природе. Форма и размеры прокариот. Характерные объединения клеток. "Гигантские" и "карликовые" организмы. Факторы, определяющие размеры и форму клетки.
  • Тема 2. Проблемы таксономического расположения прокариот и происхождение жизни. Биоразнообразие и современная классификация прокариот.
    Правила и термины номенклатуры. Наименования прокариот. Признаки, используемые в систематике прокариот. Направление в систематике прокариот. Фенотипический подход. Нумерическая таксономия. Возможности и ограничения нумерического анализа при классификации. Хемотаксономическая систематика. Геносистематика. Сиквенс / анализ гена 16SРНК в систематике. Дистанционно-матричный метод построения филогенетических деревьев и их конструкция. Филогения органического мира: три линии эволюции, три формы жизни, три домена: Archaeae, Bacteria, Eukarya. Важнейшие отличительные признаки эукариот и прокариот. Домен Bacteria. Актуалистические и гипотетические филумы. Краткая характеристика бактерий, принадлежащих к актуалистическим филумам. Домен Archaeae. Два филума: Crenarchaeota и Euryarchaeota и их филогения. Новый филум Nanoarchaeota. Гипотетический филум Korarchaeota. Сходство и различие архей с эукариями и бактериями. Своеобразие экологических ниш. Жизнь при температуре выше точки кипения воды. Экстремальная ацидофилия и галофилия.
  • Тема 3. Структурная организация прокариотной клетки и ее отдельных компонентов. Химический состав и функции ее отдельных органелл и компартментов.
    Внешние структуры прокариотной клетки. Клеточные стенки бактерий. Муреин-тейхоевый саккулус грамположительных бактерий. Строение клеточной стенки у бактерий с грамотрицательным морфотипом. Паракристаллический поверхностный S-слой. Протопласты, сферопласты и L-формы бактерий. Клеточные стенки архей и их структура. Белковый S-слой, гетерополисахаридный регидный слой, псевдомуреиновый саккулус. Окраска прокариот по Граму: современная оценка. Внутренние структуры прокариотной клетки. Покровы прокариотной клетки: капсулы, слизистые слои, чехлы; их строение и химический состав. Поверхностные органеллы: целлюлосомы, гидролисомы, шипы и экстрацеллюлярные газовые баллоны. Жгутики прокариот, структурная организация. Движение бактерий при помощи жгутиков (плавание, по типу роения, движение спирохет). Твитчинг у патогенных бактерий (пили IV типа). Движение по типу скольжения (миксобактерии, микоплазмы и др.). Внутриклеточная подвижность, основанная на полимеризации актина. Поведение бактерий (фототаксис, аэротаксис, хемотаксис, гальванотаксис, магнетотаксис и др.). Фимбрии прокариот, их строение и функции. Классификация фимбрий. Цитоплазматические мембраны бактерий и архей. Мембранные липиды. Особенности организации цитоплазматической мембраны архей. Интрацитоплазматические мембраны, их морфология и функции. Цитоплазматический компартмент. Особенности рибосом прокариот. Внутрицитоплазматические включения прокариот: фикобилисомы, аэросомы, карбоксисомы, магнетосомы, хлоросомы, запасные вещества, параспоральные кристаллы и др. Морфология и молекулярное строение прокариотических геномов. Размеры, топология и число хромосом. Нуклеоид. Плазмиды, биологическая и эволюционная роль. Квази-эукариотизм у бактерий.
  • Тема 4. Генетика микроорганизмов.
    Фенотипическая и генотипическая изменчивость. Мутационная природа изменчивости. Типы мутаций. Спонтанный и индуцированный мутагенез. Применение мутантов микроорганизмов в научных исследованиях и в практических целях. Формы переноса генетического материала у прокариот: трансформация, трансдукция, конъюгация.
  • Тема 5. Размножение и клеточная дифференцировка прокариот в ходе жизненного цикла.
    Морфологическая дифференциация. Покоящиеся формы прокариот, общая характеристика. Цисты, акинеты, экзоспоры, микоспоры. Эндоспора. Краткая характеристика бактерий, образующих эндогенные споры. Стадии спорообразования - сложная цепь взаимосвязанных процессов: генетических, цитологических, физиолого-биохимических. Зрелая спора, ее строение. Стадии и пусковой механизм прорастания спор. Морфологическая дифференцировка вегетативных клеток в особые формы, специализированные на выполнении какой-либо определенной/особой функции: гетероцисты, клетки-швермеры, элементарные тела у внутриклеточных паразитов и эндосимбионтов, бактероиды клубеньковых бактерий. Размножение у прокариот. Бинарное деление, почкование, множественное деление.
  • Тема 6. Типы питания прокариот. Рост, развитие и культивирование прокариот.
    Питание прокариот. Химический состав прокариотной клетки. Макроэлементы и микроэлементы. Пищевые потребности микроорганизмов в соединениях углерода и азота. Факторы роста. Ауксотрофы и прототрофы. Механизмы поступления различных соединений в клетку. Пассивный транспорт (осмос, простая и облегченная диффузия). Активный транспорт (первичный и вторичный). Фосфотрансферазная система переноса. Разнообразие типов питания у прокариот. Автотрофия, гетеротрофия, органотрофия, литотрофия, хемотрофия, фототрофия. Сапротрофы, паразиты, коменсалы, прототрофы, ауксотрофы, паратрофы, диссипотрофы. Культивирование микроорганизмов. Выделение микроорганизмов и их культивирование. Накопительные культуры и принцип элективности. Чистые культуры, методы их получения и значение. Смешанные культуры. Культивирование аэробных и анаэробных прокариот. Принципы составления сред для культивирования микроорганизмов. Основные типы сред: их подразделение по составу, физическому состоянию, назначению. Стерилизация и хранение сред. Рост микроорганизмов. Рост клетки и популяции. Основные параметры роста культур: время генерации, удельная скорость роста, выход биомассы (экономический коэффициент). Проточное культивирование. Периодическое культивирование. Синхронные культуры.
  • Тема 7. Основные типы метаболизма прокариот.
    Способы получения микроорганизмами энергии. Источники энергии, используемые прокариотами. Универсальные способы клеточной энергии. АТФ, способы образования (субстратное, окислительное и фотофосфорилирование). Энергия трансмембранного градиента протонов (Pmf). Аэробное дыхание. Аэробное дыхание, с использованием высокомолекулярных органических веществ в качестве источников энергии (дыхательная хемоорганотрофия). Стадии процесса дыхания. Роль окислительного цикла трикарбоновых кислот и пентозофосфатного окислительного цикла в использовании микроорганизмами различных органических соединений (белков, жиров, углеводов, углеводородов и других соединений). Электронтранспортные цепи. Краткая характеристика переносчиков электронов. Формы ассимиляции энергии при дыхательной органотрофии. Особенности электронтранспортных цепей у различных прокариот. Аэробное дыхание с использованием неорганических веществ в качестве источников энергии (дыхательная литотрофия). Углеродная дыхательная хемолитотрофия (метанотрофия, карбоксидотрофия). Водородная, азотная, серная, железная, марганцевая дыхательная литотрофия. Особенности электронтранспортных цепей аэробных хемолитотрофов. Анаэробное дыхание. Доноры и акцепторы электронов. Нитратное, нитритное, хлоратное, перхлоратное, сульфатное, серное, селенатное, арсенатное типы анаэробного дыхания с терминальными неорганическими акцепторами. Ацетогенные бактерии и метаноархеи, использующие в качестве конечного акцептора электронов СО2. Органические акцепторы электронов при анаэробном дыхании (фумарат и др.). Особенности электронтранспортных цепей анаэробных прокариот. Брожение. Определение понятия «брожение». Исходные субстраты и акцепторы электронов в процессе брожения. Основные продукты различных брожений. Пути сбраживания углеводов. Судьба пирувата « основа разнообразия типов брожения. Типы брожений: молочнокислое гомо- и гетероферментативное, маслянокислое, спиртовое брожения. Характеристика микроорганизмов, вызывающих различные группы брожения. Практическое применение этих процессов. Фотосинтез. Истинная фототрофия и «квази-фототрофия» и их различия. Оксигенная и аноксигенная фототрофия. Группы фототрофных бактерий. Фотосинтетический аппарат бактерий. Фотосинтетические пигменты. Светособирающие антенны и реакционные центры. Фотохимические процессы, лежащие в основе фотосинтеза. Природа экзогенных доноров в бактериальном фотосинтезе. Генерация восстановительных эквивалентов. Квази-фототрофные археи. Структура и функции фотоактивных ретинальсодержащих пигментов. Механизм создания электрохимического потенциала Н+.
  • Тема 8. Действие химических и физических факторов на прокариоты.
    Посев образцов почвы и учет результатов. Метод почвенных комочков. Посев образцов почвы методом предельных разведений. Подсчет количества колоний. Характеристика качественного состава микрофлоры почвы. Описание колоний микромицетов, бактерий, актиномицетов. Микроскопия колоний бактерий, актиномицетов, микромицетов; зарисовка препаратов.
  • Тема 9. Участие микроорганизмов в превращении веществ и энергии в биосфере.
    Циклы углерода и кислорода. Процессы биологического связывания СО2: фотосинтез, хемосинтез, гетеротрофная фиксация. Включение в круговорот углерода метана и моноокиси углерода. Роль микроорганизмов в превращении сложных безазотистых органических веществ (целлюлоза, крахмал, пектин, легнин и др.). Образование и разложение гумуса, его значение для плодородия почвы. Изъятие углеводорода из круговорота в виде органических и неорганических соединений. Круговорот азота. Распределение азота и его соединений на земле. Этапы круговорота азота: азотфиксация (группы диазотрофов, строение нитрогеназы, механизм фиксации молекулярного азота, способы защиты нитрогеназы от кислорода); аммонификация (аэробный и анаэробный распад белков, деструкция нуклеиновых кислот, хитина, мочевины и других соединений); нитрификация (автотрофная, гетеротрофная, нитрифицирующие бактерии, иммобилизация азота); денитрификация (ассимиляционная, диссимиляционная, а также микроорганизмы, ведущие эти процессы). Биологический цикл серы и ее соединений. Окислительные и восстановительные звенья в круговороте серы. Микроорганизмы, принимающие участие в этих процессах. Превращение соединений фосфора. Направление и миграция фосфора в биосфере. Микроорганизмы, участвующие в круговороте фосфора. Биологический цикл железа. Минерализация органических соединений, содержащих железо хемоорганотрофными организмами. Окисление восстановленных соединений железа автотрофными облигатно-ацидофильными бактериями и гетеротрофными железобактериями.
  • Тема 10. Взаимодействие микроорганизмов с животными, растениями и человеком.
    Основные понятия экологии микроорганизмов. Местообитания и экологические ниши прокариот. Уровни организации живой материи, изучаемые экологией. Микробные популяции. Роль различных форм отбора в формировании популяционной структуры прокариот. Взаимосвязь популяций. Микробное сообщество и факторы, определяющие его развитие. Пути взаимодействия в микробном сообществе. Продуценты и редуценты. Микробные экосистемы, их структура и функции. Сукцессия в микробном сообществе. Типы жизненной стратегии прокариот: r-, K- и L-стратеги. Другие типы стратегий. Характер взаимоотношений в мире прокариот. Ассоциативные отношения: метабиоз, мутуализм, синтрофия, саттелизм, протокооперация, консорции, комменсализм. Конкурентные отношения. Пассивный и активный антагонизм. Антибиотики и бактериоцины; механизм их действия. Хищничество в мире прокариот. Бактерии экзо- и эндопаразиты бактерий. Паразитизм как образ жизни некоторых прокариот. Социальное поведение бактерий. Способы передачи информации у бактерий (химический, механический, дистантный). Типы систем «Quorum sensing» («кворум сенсинг») у грамположительных и грамотрицательных бактерий. Универсальная система «Quorum sensing», при межвидовых коммуникациях у бактерий. Роль межклеточной видовой коммуникации в жизни прокариот. Роль систем QS в регуляции видовых сложных экологических систем: прокариоты - эукариоты. Биопленки - способ существования бактерий. Микробный апоптоз (программируемая клеточная смерть) и альтруизм.
Элементы контроля

Элементы контроля

  • неблокирующий Тест (экзамен)_Модуль 1
    Тест состоит из трех частей:1 — вопросы с 1 ответом 2 — вопросы с 2-5 ответами 3 — вопросы со свободным ответом
  • неблокирующий Работа на практикуме в течение модуля (модуль 1)
    Результаты работы на практикуме оцениваются по 1-балльной системе и составляют 30% от суммарной оценки за модуль. Студенту за эту часть ставится максимальный балл при выполнении всех заданий практикума автоматически, в ином случае студенту сообщается о снижении балла преподавателем практикума на занятии, предваряющим контрольное по Модулю. В случае пропуска одного или нескольких практикумов по уважительной причине необходимые 30% оценки не набираются до отработки занятия (занятий).
  • неблокирующий Экзамен (тест) Модуль 2
    Описание теста: Части 3: 1 — вопросы с 1 ответом 2 — вопросы с 2-5 ответами 3 — вопросы со свободным ответом
  • неблокирующий Работа на практикуме в течение модуля (модуль 2)
    Результаты работы на практикуме оцениваются по 1-балльной системе и составляют 30% от суммарной оценки за модуль. Студенту за эту часть ставится максимальный балл при выполнении всех заданий практикума автоматически, в ином случае студенту сообщается о снижении балла преподавателем практикума на занятии, предваряющим контрольное по Модулю. В случае пропуска одного или нескольких практикумов по уважительной причине необходимые 30% оценки не набираются до отработки занятия (занятий).
Промежуточная аттестация

Промежуточная аттестация

  • Промежуточная аттестация (1 модуль)
    0.3 * Работа на практикуме в течение модуля (модуль 1) + 0.7 * Тест (экзамен)_Модуль 1
  • Промежуточная аттестация (2 модуль)
    0.5 * Промежуточная аттестация (1 модуль) + 0.15 * Работа на практикуме в течение модуля (модуль 2) + 0.35 * Экзамен (тест) Модуль 2
Список литературы

Список литературы

Рекомендуемая основная литература

  • Емцев В. Т., Мишустин Е. Н. - ОБЩАЯ МИКРОБИОЛОГИЯ. Учебник для академического бакалавриата - М.:Издательство Юрайт - 2019 - 248с. - ISBN: 978-5-534-11221-4 - Текст электронный // ЭБС ЮРАЙТ - URL: https://urait.ru/book/obschaya-mikrobiologiya-444769
  • Нетрусов А. И., Котова И. Б. - МИКРОБИОЛОГИЯ: ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА В 2 Ч. ЧАСТЬ 1. Учебник для бакалавриата и магистратуры - М.:Издательство Юрайт - 2019 - 315с. - ISBN: 978-5-534-03805-7 - Текст электронный // ЭБС ЮРАЙТ - URL: https://urait.ru/book/mikrobiologiya-teoriya-i-praktika-v-2-ch-chast-1-432161

Рекомендуемая дополнительная литература

  • Микробиология, санитария и гигиена: Учебник / К.А. Мудрецова-Висс, В.П. Дедюхина. - 4-e изд., испр. и доп. - М.: ИД ФОРУМ: ИНФРА-М, 2010. - 400 с.: ил.; 60x90 1/16. - (Высшее образование). (переплет) ISBN 978-5-8199-0350-6 - Режим доступа: http://znanium.com/catalog/product/239995
  • Химия воды и микробиология : учебник / А.Л. Ивчатов, В.И. Малов. - Москва : ИНФРА-М, 2019.- 218с.— (Среднее профессиональное образование). - Текст : электронный. - URL: http://znanium.com/catalog/product/1013519