Шпаргалка по "Биологии и медицине"

9. Филумы прокариот. Прокариот в настоящее время (к 2011 г.) выделяют 34 филума, или отдела. В домене Archaea – 5 отделов, в домене Bacteria – 30 отделов. Любопытно сопоставить это многообразие с количеством отделов высших растений (10 отделов, из них семенные растения – 5 отделов), «низших растений» (водорослей ‒ 10 отделов), грибов (6 отделов).

 

Домен Archaea включает филумы:

относительно  распространенные представители

1. Crenarchaeota

Морфо-физиологические группы: экстремально термофильные тионовые бактерии (класс Thermoprotei).

2. Euryarchaeota

Морфо-физиологические группы: метаногенные бактерии (классы Methanobacteria и Methanomicrobia), анаэробные серовосстанавливающие  бактерии (кл. Archaeoglobi), экстремально термофильные тионовые бактерии (класс Thermococci), термоацидофильные микоплазмы (кл. Thermoplasmata), экстремально галофильные бактерии (Halobacteriaceae, кл. Halobacteria).

малоизвестные представители

3. Korarchaeota – организмы  не выделенные в культуру и  пока не поддающиеся культивированию.

4. Nanarchaeota – предложен в 2003 г., анаэробные термофильные кокки с размером генома не более 490 т.п.н.

5. Thaumarchaeota

 

Домен Bacteria включает отделы, или филумы, которые можно сгруппировать согласно наиболее вероятному времени их возникновения в ходе биологической эволюции. Порядок отделов – это ни что иное, как «порядок ветвления» филогенетического дерева. В таком же порядке они рассматриваются в данном курсе. Положение в данной схеме недавно открытых, малоизученных отделов с малых количеством видов еще полностью не устоялось. В списке звездочкой * обозначены отделы, содержащие наиболее значимых ныне в биотехнологии представителей (указаны наиболее известные роды).

 

10. Основные фенотипические группы бактерий:

1. Архебактерии
2. Грамположительные
3. Грамотрицательные
4. Лишенные клеточной стенки( тенерикуты( морикуты))

Архебактерии способны образовывать метан в качестве конечного продукта. Для них характерна диссимиляционная сульфат редукция – образование сероводородов из сульфатов. Они обладают экстримальной термофильностью (+85); имеются виды, которые нуждаются в высокой конц хлорида натрия – галофиты, клеточная стенка не содержит мурановой к-ты, не чувствительнв к антибиотикам, ингибирующим её синтез. Биомембраны содержат спирты (фитанолы), которые связаны эфирной связью с глицеролом. тРНК содержит псевдоуредин (1-метилпсевдоуредин) в обычной петле. Полипептидная цепь начинается с синтеза метионина. Синтез белка ингибируется анизомицином.

2,3и4 группы относятся  к эубактериям.

Грам+ : форма клеток сферическая, нитевид, палочковид; нити могут образовывать мицелий; встречаются эндоспоры; фотосинтезирующих форм не имеется; по типу метаболизма – хемосинтезирующие гетеротрофы.

Грамм- : имеют сложное строение клет стенок, форма клеток от сферической до спиралевидной и нитевидной; некоторые клетки имеют капсулу; возможно образование плодовых тел и миксоспор; тип питания фототрофный и нефототрофный; встречаются облигатные внутриклеточные паразиты.

Тенерикуты: не способны к синтезу предшественников пептидогликана, клетки окружены только элементарной мембраной;по Граму окраш отрицательно; хар-н полиморфизм клеток; часто ветвящиеся формы; много паразитов, вызывающих заболевания; образуют колонии в виде глазуньи.

 

Firmicutes - тип бактерий, большинство из которых грамм-положительные. Некоторые (класс Mollicutes), совсем не имеют клеточной стенки и не красятся за Граммом, но не имеют и внешней мембраны. Они включают группу связанных форм - группой низкого содержимого G+C. Они имеют круглые клетки, которые называют коками (хотя некоторые представители имеют палочковидные и спиральные формы). Много Firmicutes образовывают эндоспоры, которые есть очень стойкими к высушиванию и могут выдерживать экстремальные условия. Они найдены в разных окружающих средах, некоторые из них - известные патогены. Некоторые получают энергию через фотосинтез.

Группа  традиционно делилась на Clostridia (преимущественно  анаэробы), Bacilli (облигатные или факультативные аэробы), и Mollicutes.

Gacilicutes – подвижные спиральные, одноклеточные, по Граму отрицательные; верхний покровный слой – многослойная наружная мебрана; имеются переплазматические жгутики, располаг под мембраной;передвигаются за счет вращения в контакте со средой; 3 типа движения: вращение, изгибание перемещение.По типу метаболизма – аэробы, факульт анаэробы, анаэробы, хемогетеротрофы. Жгутиков нет.

 

 

 

 

11. Путь идентификации бактерий по фенотипу: 1. -Определение группы, 2. -Подгруппы, 3.-рода, 4. -Вида.

Признаки использ для  определения бактерий: наличие клет стенки, нилич мурановой кислоты  в клетке, окраска по грамму

Морфология: форма клетки, тип деления, наличие чехлов вокруг клеток, образование плодовых тел и эндоспор.

Физеология: подвижность, располож жгутиков, отнощение в О2, тип питания, экстримальное развитие.

Соотношение фенотипич  групп и отделов бактерий

1группа – грамотрицат  бактерии, имеющие клет стенку. Gacilicutes:

• Спирохеты
• Спиралевидные подвижные перемещающиеся по прямой за счет волнового движения, хищные (протеобактер)
• Изогнутые неподвижные (бактекщидетес, протеобактер)
• Палочки и кокки аэробы (протеобактер, актинобактер, хлорофлекси)
• Палочки факульт анаэробы (протеобактер, актинобактер)
• Анаэробы разной формы (протео-, терматоги)
• Восстановители сульфатов или серы( протео-, термодесульфобастер)
• Анаробные кокки (фирмикутес)
• Хламидии, риккетсии, облигат внутриклет паразиты
• Аноксигенные фототрофные бактерии
• Оксигенные фототрофные
• Аэробные хемолитотрофы
• Почкующиеся бактерии
• Бактерии с чехлами
• Скользящие бактерии
• Миксобактерии

          2 группа – грамм+ бактерии, имеющие  клет стенку Firmicutes

• Кокки (фирмикутес, актинобактер)
• Палочки и кокки, образующик эндоспоры (клостридии, бациллы)
• Палочки правильной формы не образ эндоспор (фирмикутес, вациллы, эризипеллотрихеа)
• Палочки неправильной форми- (астино-, фирмикутес, хлорофлекси)
• Микобактерии
• Актиномицеты

             3 группа – эубактерии, лишенные  клет стенки

• Микоплазмы – плеоморфные клетки ,от факультотив до облигат анаэробов, скользящ движения, низкое содержание Г-Ц пар в ДНК

             4 группа – архебактерии

• Метаногены
• Сульфатредуцирующие археи (эвриархеи)
• Экстримальные галофиты (эвриархеи)
• Бактерии без клет стенки
• Экстримальные термофилы, метаболизирующие серу (кренархеи, эвриархеи)

 

 

12. Физиологические критерии разделения бактерий:

• Подвижность и расположение жгутиков
• Отношение к кислороду
• Пит питания
• Экстримальное развитие

 

Источник Е	Донор электронов	Источник С	Отделы
Хемотрофы	Лито-	автотрофы	Протеобактерии, Нитроспира, Кренархаеота
		гетеротрофы	Протеобактер, Эвриархеоты
	Органо-	автотрофы	Протеобактер, Актинобактер
		Гетеротрофы (большинство)	протеобактер, фирмикутес, спирохеты, бактероиды
фототрофы	Лито-	Автотрофы	Хлороби, протеобактер, цианобактерии
		гетеротрофы	Хлорофлекси, протеобактер
	Органо-	Автотрофы	Протеобактер (фотосинтезирующие)
		гетеротрофы	Хлорофлекси, эвриархеота, протео-, цианобактер

 

 

13. Химический и ДНК-фингерпринтинг. «Фингерпринтинг» используется для оценки общей степени сходства, и представляет собой общий срез какого-то класса соединений, содержащихся в клетке, без идентификации отдельных компонентов. Фингерпринтинг может применяться для идентификации штаммов и видов бактерий.

На уровне ДНК фингерпринтинг это: (1) ПДРФ-анализ, (2) RAPD-анализ, (3) риботипирование.

«Химический фингерпринтинг» ^ (1) определение белкового состава  клетки, (2) масс-спектрометрия продуктов  пиролиза, (2) спектрофотомерия и инфракрасная фурье-спектроскопию (ИК-ФС).

Белковый состав. Применяется метод белковых профилей, когда электрофорезу подвергают растворимую фракцию белков. При этом клетки должны быть выращены в контролируемых условиях. Методы электрофореза белков: гелевый, двумерный, капиллярный.

Спектрофотометрия позволяет выявить спектр поглощения пигментами в видимой области. Применяется для изучения фотосинтезирующих бактерий и других пигментированных прокариот. ИК-ФС основан на выявлении максимумов поглощения веществ в инфракрасной области.

Пиролиз – разложение в инертной атмосфере под действием высоких температур или лазерного излучения. Например, при пиролизе расщепляются миколовые кислоты, что дает возможность изучения продуктов их расщепления методом газовой хроматографии. Другой путь анализа продуктов – масс-спектрометрия.

В конечном итоге штаммы группируются по степени сходства полученных профилей. При этом применяется фенетическая концепция общего сходства. Фингерпринтинг позволяет сравнивать большое количество штаммов с типовыми штаммами, т.е. определять бактерии до вида путем  сравнения. Для раздела систематики, который оперирует категориями  от рода и выше, фингерпринтинг обычно непригоден.

14. Число описанных видов. Прогностическое число видов прокариот.

В 2000-х годах насчитывалось  около 4500 описанных видов прокариот (и еще 1200 синонимов, Garrity et al. 2004). В настоящее время приблизительное количество описанных видов можно оценить числом 5000.

Как предполагается, на сегодняшний  день описана только небольшая часть  от реального количества видов прокариот, обитающих в природе. Число «именованных»  видов прокариот, которым даны бинарные названия и диагноз, удивительно  мало по сравнению с растениями и  животными (0.2% описанных видов живых  организмов). Предполагается, что если прокариоты появились в биосфере раньше всех других организмов (3.5 млн. лет назад), то и видов их должно быть несколько миллионов. По генетическому разнообразию, а следовательно, разнообразию физиологических активностей, прокариоты превышаю таковое разнообразие эукариот.

По оценкам отдельных  экспертов, Землю населяют от 5 до 10 миллионов видов бактерий.

Причина малого количества описанных видов: трудность описания видов у прокариот. Большинство наблюдаемых в природе видов прокариот не удается культивировать, а значит, невозможно сделать полноценного описания. По некоторым оценкам, доля видов прокариот, существующих в природе, но пока не попавших в культуру, составляет 95‒99%.

Выявление прокариот в  природе затрудняется:

- малым размером клеток;

- сезонностью развития;

- морфологической изменчивостью  в зависимости от наличия подходящего  субстрата;

- способностью превращаться  в такие формы, которые не  могут быть обнаружены;

- малым числом разработанных  селективных сред для выделения  разных физиологических групп.

Разногласие между живыми коллекциями прокариот  и их реальной представленностью  в природе. Точно установлено, что микроорганизмы в культурах – это виды, адаптированные к росту на искусственных средах, и не обязательно обильно встречающиеся в метаболически активной форме в природе. Из-за малого количества данных о физиологии бактерий в природных сообществах до сих пор не ясен вопрос, нужно ли сохранять бактерии in vitro для восстановления той или иной активности в природной среде.

Некультивируемые  формы – жизнеспособные клетки, не поддающиеся культивированию. В то же время активность некультивируемых прокариот можно оценить в экосистемах методом меченых атомов (радиоизотопов), стабильных изотопов или микроэлектродами (энзимологически).

15. Маркеры в хемотаксономии бактерий. Хемотаксономия (хемосистематика) – классификация организмов на основе химического состава клеток. Для выявления химических маркеров применяют: (1) газовую хроматографию; (2) тонкослойную хроматографию – TLC; (3) жидкостную хроматографию высокого разрешения. Основными хемотаксономическими признаками у бактерий являются:

1. Состав и структура пептидогликана – компонента клеточных стенок. Типичный пептидогликан муреинового типа состоит из остатков мурамовой кислоты и сахара N-ацетил-D-глюкозамина. Структура пептидогликана у типичных грамотрицательных бактерий постоянна или вариации незначительны. Грамположительные бактерии обладают большим разнообразием (модификациями) пептидогликанов, которые различаются по составу межпептидного мостика, связывающего гликановые цепи. Основные типы структур – это A-пептидогликаны и B-пептидогликаны. У многих архей, у планктобактерий и микоплазм пептидогликан отсутствует.

2. Структурная вариация липида A – части молекулы липополисахарида наружной мембраны грамотрицательных бактерий (в основном отдела Proteobacteria).

3. Строение миколовых кислот – особых липидов на поверхности клеток у некоторых представителей отдела Actinobacteria, пор. Actinomycetales.

4. Химический состав липидов  плазмалеммы.

5. Химизм каратиноидных пигментов плазмалеммы – применяется в классификации аноксигенных фототрофных бактерий – пурпурных бактерий, относимых к отделу Proteobacteria. На основе розовой окраски каратиноидов в аэробных условиях отмечено высокая степень родства, коррелирующая со сходством 16S рРНК, у родов Rhodobacter и Roseobacter.