Дріжджі роду Candida та їх практичне використання у промисловій біотехнології

РЕФЕРАТ

 

 Курсова робота: с.,   табл.,   рис.,  джерела.

 Об’єкт роботи: дріжджі роду Candida та їх практичне використання у промисловій біотехнології.

Мета роботи: практичне закріплення  та поглиблення знань, отриманих при вивченні курсу, поглиблене вивчення теми – рід Candida, що досягається в першу чергу шляхом використання наукової та науково-технічної літератури.

В розділі 1 наведено систематику мікроорганізмів роду Candida, який має близько 180 видів.

В розділі 2 описана морфологія мікроорганізмів роду Candida: клітини зазвичай мають круглу, сферичну, овальну, яйцеподібну, рідше циліндричну, іноді неправильну форму. Розмір молодих клітин 0,5-5 мкм, зрілих 6-10 мкм. Клітини складаються з клітинної стінки і цитоплазми з цитоплазматичною мембраною та органелами. Ядро чітко відособлене і оточене мембраною.

Розділ 3 містить інформацію про фізіологію та метаболізм мікроорганізмів роду Candida. Це хемоорганогетеротрофнні організми, більшість є сапрофітами. Облігатні аероби. Оптимальна температура           22-28 0С. Оптимальный рН = 6,0-6,8Ендосімбіонти тварин-господарів. Відносяться до бластоміцетів, розмножуються голобластичним мультилокулярним брунькуванням. Утворюють примітивний або септований псевдоміцелій. Деякі види утворюють ендоспори і хламідоспори.

В розділі 4 наведенні представники роду Candida та їх практичне використання в біотехнології: C. utilis, C. tropicalis, C. flaveri, C. guilliermondii, C. lipolytica, C. stellata та ін.

 

ДРІЖДЖІ, CANDIDA, КУЛЬТИВУВАННЯ, CANDIDA ALBICANS, БРУНЬКУВАННЯ, ПСЕВДОМІЦЕЛІЙ, ХЛАМІДОСПОРИ, АГАР, ПРОДУЦЕНТ, РИБОФЛАВІН, ЛИМОННА КИСЛОТА,  БІОПЛАСТИК.

Зміст

 

 

 

 

ВСТУП

 

Дріжджі роду Candida - ендосімбіонти тварин-господарів(включаючи людину). Як правило комменсали, але, за деяких умов, певні види можуть викликати хвороби. Такі види відносяться до умовно патогенних мікроорганізмів. Тому їх дослідження має велике значення для пошуку шляхів лікування опортуністичних мікозів людей і тварин. Проте серед близько 180 видів роду Candida лише 9 відносяться до умовно патогенних.

В останнє десятиліття різноманітність біотехнологічних процесів, у яких використовуються дріжджі, в тому числі роду Candida, різко збільшилася. Зараз розроблено технології одержання багатьох сполук, наприклад, органічних кислот з C. fibrae, C. subtropicalis, C. guilliermondii, C. lipolytica, C. oleaophila, C. Zeylanoides, етанолу з C. pseudotropicalis var. Lactose, ергостерину (вихідного продукту для одержання вітаміну D2) з C. utilis., C. guilliermondiі, C. tropicalis і т. ін.

Дріжджі роду Candida, серед яких C. utilis, C. scottii, C. boidinii і C. tropicalis, є одними з основних продуцентів у виробництві дріжджового білка в якості біомаси як кормової добавки сільськогосподарських тварин.

У сучасних умовах важливою проблемою є очищення грунту і стічних вод від забруднення нафтою і нафтопродуктами. Відомий селекційований у тривалому безперервному процесі природний штам вуглеводнево-окислювальних дріжджів C. guilliermondii, який активно розвивається при рН середовища 3,5 - 6,0 і окислює комплексоутворюючі сполуки нафтового дистиляту нафти, що розвивається на сирій нафті і кубовому залишку.

Одним з іноваційних на сьогоднішній день є метод отримання біопластику з генетично модифікованого штаму дріжджів C. Tropicalis. Пластмаси на основі схожих матеріалів володіють солідною міцністю і гнучкістю. Їх можна використовувати як інгредієнт в мастильних матеріалах, клеях, косметиці, антиракових препаратах. Крім того, можливе їх перетворення в біопаливо.

1 СИСТЕМАТИКА МІКРООРГАНІЗМІВ  РОДУ CANDIDA

 

Царство   Mycota

Надцарство                      Eucaryota

Царство                            Fungi

Підцарство                       Dikarya(Вищі гриби)

Підвідділ                          Neomycota

Відділ                               Ascomycota

Клас                                  Hemiascomycetes

Порядок                            Saccaromycetales

Родина                              Candidaceae

Рід                                     Candida

Існує два примітивних царства - прокаріотичних організмів (Ргосагуоtа), які характеризуються відсутністю ядерної мембрани як основної відмінної ознаки, та найпростіших (Ргоtіstа) одноклітинних організмів, які мають ядро з ядерною мембраною та характеризуються авто- та гетеротрофним типом живлення і є вихідними формами еволюції і виникнення відособлених трьох класів багатоклітинних організмів - рослин (Рlantae), тварин (Аnimalia) і грибів (Fungi). Отже, згідно з цією концепцією, гриби мають статус окремого царства органічного світу.

Залежно від типу міцелію, гриби поділяються на нижчі (характеризуються наявністю несептованого міцелію) та вищі (мають септований міцелій).

Відділ Ascomycota. Відомо понад 20 тис. видів аскоміцетів, які відзначаються великою різноманітністю в будові та способі життя.

Характерною ознакою аскоміцетів є наявність сумок (асків), що з'являються в певний період життя гриба. В сумках достигають сумкоспори по дві, чотири, вісім і більше. Сумка розвивається з двоядерної клітини - дикаріона, гаплоїдні ядра якої зливаються, а потім копуляційне ядро (зигота) ділиться спочатку редукційно, а потім один раз або кілька разів звичайним мітозом. Навколо ядер відособлюється протоплазма, що оточується оболонкою, і гаплоїдні ядра перетворюються в сумкоспори, або аскоспори.

До найпростіше організованих аскоміцетів, які не мають навіть міцелію, належать дріжджі.

Класс геміаскоміцети або голосумчаті - Hemiascomycetes - об'єднує примітивні сумчасті гриби, у яких немає плодових тіл, сумки утворюються на міцелії безпосередньо із зиготи або спеціальних аскогенних клітин. Стадія аскогенних гіф відсутня. Статевий процес нагадує зигогамію, коли зливаються дві багатоядерні клітини, проте, на відміну від зигоспор мукорових, зигота геміаскоміцетів не переходить у стан спокою, а безпосередньо перетворюється в сумку.

Основний порядок, що виділяється за будовою вегетативного тіла, способу життя і особливостями циклу розвитку - Saccharomycetales.

Порядок сахароміцетові - Saccharomycetales. У багатьох дріжджів справжній міцелій відсутній. Замість нього є клітини, які брунькуються. У ряду видів дріжджів клітини після брунькування не розходяться і утворюють псевдоміцелій.

 

2 МОРФОЛОГІЯ МІКРООРГАНІЗМІВ  РОДУ CANDIDA

 

Для характеристик дріжджових грибів зазвичай використовують макро- і мікроморфологічні ознаки, тому що перші вивчають візуально культуральні ознаки, а другі - за допомогою мікроскопа.

 

2.1 Макроморфологія

 

Виділення чистої культури проводять на щільних середовищах Сабуро, сусло-агарі, Кандіда-агарі, хромогенному  Кандіда-агарі, хламідоспор-агарі, агарі Нікерсона або ін. Для придушення зростання супутніх бактерій до цих середовищ додають пеніцилін, стрептоміцин або інші антибіотики. Посіви інкубують при 30 оС. Колонії Candida через 2-3 доби мають середні розміри, білувато-жовтий колір і матову поверхню, у міру росту вони набувають перламутровий відтінок і у них з'являється куполоподібної піднесення. Виділену чисту культуру для виявлення псевдоміцелію сіють в рідкі середовища - картопляний, морквяно-картопляний відвар та ін. Для ідентифікації грибів роду Candida визначають тип філаментаціі, наявність хламідоспор, вивчають ферментативну активність (C.albicans ферментують глюкозу і мальтозу з утворенням кислоти і газу).

Candida pulcherrima і С. reukaufii, наприклад, виділяють в середовище червоно-вишневий пігмент пульхеррімін. На середовищах, що містять залізо, вони утворюють темно-червоні колонії.

На Кандіда-агарі(агар-агар, вода, кислота лимонна,натрію хлорид, сульфанол, фуразолідон, дріжджовий екстракт, декстроза) гриби роду Candida утворюють щільні, сметаноподібної консистенції білі або сіро-кремові колонії розміром 1 - 3 мм (рис. 2.1).

На хламідоспор-агарі( крохмаль розчинний, сульфанілова кислота, агар) через 24 год. інкубації при температурі 28 °С на поживному середовищі по краям ліній посіву виявляються специфічні утворення - хламідоспори, які диференціюются від дріжджових клітин правильно-округлою формою, двоконтурною оболонкою, зернистістю в центрі, розташуванням на кінці нитки псевдоміцелію.

 

Рисунок 2.1 – Колонії C.albicans на Кандіда-агарі

 

Більш селективним є вирощування на хромогенному  Кандіда-агарі(пептонний навар тваринної тканини, солодовий екстракт, дріжджовий екстракт, глюкоза, калію гідрофосфат, хромогенна суміш, хлорамфенікол, агар-агар) C. albicans утворюють гладкі зелені колонії, C. tropicalis - світло-блакитні або світло-зелені випуклі колонії, C. glabrata - рожеві, а C. krusei - білі розпливчаті колонії.

На агарі Нікерсона (дріжджовий екстракт, гліцин, глюкоза, вісмута амонійного цитрат, натрію сульфіт, агар-агар) колонії C. albicans гладкі, круглі, без блиску, коричнево-чорні, без дифузії; C. tropicalis гладкі, блискучі, темно-коричневі з чорним центром, через 72 год. дають дифузію почорніння; C. krusei великі, плоскі, морщинисті, коричневі або чорні з коричневою периферією, з жовтим вінчиком.

На агарі Сабуро(пептон ферментативний, глюкоза або мальтоза, агар) через 24-48 год. культивування при температурі 28-30 °С колонії C. albicans білі, круглі (рис. 2.2).

 

Рисунок 2.2 - Колонії C. albicans на агарі Сабуро

 

Найбільшу кількість клітин виявляють у середовищах Сабуро та Кангдіда-агарі, але переважно використовують перше через його значно меншу вартість.

 

 

 

2.2 Мікроморфологія

 

Для деяких дріжджів форма клітин настільки характерна, що може бути використана для встановлення їх родової належності. Клітини дріжджів роду Candida зазвичай мають круглу, сферичну, овальну, яйцеподібну, рідше циліндричну, іноді неправильну форму, але їх морфологія непостійна, вона змінюється залежно від складу середовища та умов культивування, тому не може використовуватись як таксономічна ознака.

Розмір молодих клітин коливається від 0,5 до 5 мкм в діаметрі, зрілих 6 - 10 мкм.

Характерна рухомість протоплазми і нездатність до активного переміщення, апікальний ріст.

Клітини мікроорганізмів роду Candida - це типові еукаріотичні клітини, які складаються з клітинної стінки, цитоплазми з цитоплазматичною мембраною та органелами (ендоплазматичний ретикулум, лізосоми, мікротільця, мітохондрії, рибосоми, включення, вакуолі, ядро). Ядро чітко відособлене і оточене мембраною.

На рисунку 2.3 представлена комп’ютерна модель поперечного розрізу клітини Candida albicans під час брунькування.

Більшість видів з роду Candida відносяться до сахаробіонтів - «справжніх» дріжджів. Вони мають комплекс властивостей, що свідчить про їх пристосованість до існування в середовищах, збагачених легкодоступними джерелами вуглецю: відсутність пігментації, розвинених міцеліальних структур, слизових капсул, а також здатність до більш-менш інтенсивного бродіння і вузький спектр засвоюваних сполук вуглецю.

Клітина відділена від зовнішнього середовища клітинною стінкою завтовшки 70-350 нм, яка містить 5-7 шарів(рис. 2.4, А)[1]. Основним компонентом клітинної стінки є полісахариди (до 60-70 % сухої маси). Крім полісахаридів, у складі клітинної стінки виявлено білки (6-13 % ), ліпіди (2-9 %) та неорганічні поліфосфати. Основними структурними одиницями полісахаридів є переважно глюкоза і маноза. До складу клітинної стінки входить також амінополісахарид хітин.

Цитоплазматична мембрана складається з подвійного шару ліпідів, який міститься між тонкими шарами білка (рис. 2.4 Б). Білкові молекули розміщуються не тільки на поверхні мембрани, а й пронизують її наскрізь. Плазмалема має товщину близько 7 нм, містить приблизно однакову кількість ліпідів і білків і значно менше вуглеводів. Ліпіди представлені в основному моно-, ди- і тригліцеридами, гліколіпідами та невеликими кількостями стеролів (ерго- та зимостерол). Вміст вуглеводів становить 2-10% маси мембрани. Вуглеводні компоненти присутні у вигляді гліколіпідів і глікопротеїнів.

Ядро оточене ядерною мембраною (двошарова перфорована мембрана). Носієм генетичної інформації є ДНК, розподілена між хромосомами.

Ядро є основним, але не єдиним носієм генетичної інформації. Частина такої інформації міститься в ДНК мітохондрій. Мітохондрії - сферичні чи паличкоподібні структури, оточені двошаровою мембраною. Складки внутрішньої мембрани утворюють кристи. Внутрішня мембрана містить компоненти електрон-транспортного ланцюга та АТФ-синтазу.

Ендоплазматичний ретикулум являє собою систему мембранних пластин, каналів, бульбашок і цистерн, оточених елементарною мембраною. Функції у дріжджовій клітині: забезпечення внутрішньоклітинного транспорту поживних речовин до місць проходження синтетичних реакцій, участь в обміні вуглеводів, синтезі ліпідів та інших важливих метаболічних процесах.

Лізосоми - внутрішньоклітинні органели, оточені ліпопротеїдною мембраною. Вони містять набір ферментів, які гідролізують білки, полісахариди та нуклеїнові кислоти.

Мікротільця - умовна назва органел - пероксисом, гліоксисом та ін. Мікротільця містять більш як 20 різних ферментів. Так, у пероксисомах містяться каталаза та пероксидаза. Крім того, в мікротільцях містяться ферменти β-окиснення жирних кислот, гліоксилатного циклу, дегідрогенази та ін.

 

Рисунок 2.3 – Модель поперечного розрізу клітини Candida albicans під час брунькування

 

Рисунок 2.4 – Схематичне зображення структури клітинної стінки (А) та цитоплазматичної мембрани (Б) дріжджів роду Candida