МФК: «Невидимые обитатели биосферы»

«The invisible inhabitants of Biosphere»

Руководитель курса: профессор, д.б.н. Александр Иванович Нетрусов

24 аудиторных часа, 12 лекций,

форма отчетности – зачет)

Программа

Микроорганизмы, их особенности и группы. Методы микробиологии. Единый план строения

биологических систем и типы клеточной организации (эукариоты и прокариоты).

Внутренние и поверхностные структуры прокариотической клетки (нуклеоид, основная

хромосома и плазмиды, мигрирующие генетические элементы, цитоплазма, рибосомы, включения и запасные вещества, цитоплазматическая мембрана, клеточная стенка, пили, капсулы, чехлы, S-слои). Морфология микроорганизмов. Способы движения (жгутики, скольжение, таксисы). Размножение прокариот и особенности обмена генетической информацией (конъюгация, трансдукция, трансформация, горизонтальный перенос плазмид).

Особенности клеточных циклов у микроорганизмов (плейоморфизм, дифференциация, образование покоящихся стадий, некультивируемое состояние, «коллективное поведение», сложные жизненные циклы).

Распространенность микроорганизмов на Земле. Биологические особенности микроорганизмов, способствующие их повсеместному распространению. Способы классификации биологических объектов. Эволюция взглядов на место микроорганизмов среди других живых существ. Современные системы классификации микроорганизмов (нумерическая, морфо-физиологическая и молекулярно-генетическая). Филогенетический анализ и построение генеалогического древа. Основные группы микроорганизмов. Краткая характеристика основных групп микроорганизмов (микроводорослей, простейших, плесневых грибов, бактерий и архей). Особенности представителей архей.

Типы обмена веществ прокариот. Уникальные особенности метаболизма прокариот – хемолитотрофия, анаэробное существование за счет анаэробного дыхания, или брожения, фотосинтез аноксигенный и оксигенный, «бесхлорофильный» фотосинтез у архей, фиксация молекулярного азота и др. Значение микроорганизмов в природе и человеческой деятельности.

Микробное сообщество как система. Трофические и топические связи в микробном сообществе. Примеры микробных сообществ (в том числе циано-бактериальные маты).

Участие микроорганизмов в круговоротах элементов – «биогеохимическая машина планеты».

Роль микроорганизмов в истории биосферы. География микробных сообществ. Значение микробиологии для формирования естественнонаучного мировоззрения.

Космическая микробиология.

Особенности жизнедеятельности анаэробных микроорганизмов, их основные группы и роль в природных процессах и человеческой практике. Анаэробные микробные сообщества как эффективная форма существования микроорганизмов в отсутствии молекулярного кислорода (трофические связи, структурно-функциональная организация, преодоление термодинамических ограничений, пространственное объединение микроорганизмов, архитектура). Микробные агрегаты - удобная и выгодная форма существования анаэробного микробного сообщества. Возможности применения структурированных анаэробных микробных сообществ в биотехнологических процессах (на примере кефирных зерен и анаэробных илов).

Симбиозы и их классификация. Типы взаимодействий в симбиозах, особенности взаимовыгодных и паразитических симбиозов. Микробные симбиозы. Симбиозы микроорганизмов с растениями (микроорганизмы, ассоциированные с разными органами растений, фитопатогенные микроорганизмы). Микроорганизмы и животные. Нормальная микробиота как сложный сборный «орган» животных, его основные функции. Дисбактериоз.

Микроорганизмы-оппортунисты. Патогенные микроорганизмы.

Традиционные технологии приготовления пищевых продуктов и функциональные продукты.

Микробные технологии для медицины, животноводства (производство антибиотиков, стероидов, витаминов и др. лекарственных средств, вакцины и сыворотки, биодобавки и стимуляторы роста, производство кормов для животных), растениеводства и земледелия (биоконтролирующие агенты, стимуляторы роста растений, производство органических удобрений, препаратов для борьбы с вредителями и для повышения плодородия почв).

Технологии, основанные на использовании генетически модифицированных микроорганизмов (преимущества и опасности). Микробная биодеградация - «полезная» и «вредная» стороны одного процесса (разрушение загрязнений и получение полезных веществ и биокоррозия и порча пищевых продуктов). Микробиологическая переработка отходов (очистка сточных вод, разрушение твердых бытовых отходов, биоремедиация объектов окружающей среды). Понятие о ксенобиотиках, сферы их применения. Возможности разрушения ксенобиотиков микроорганизмами.

Пробиотики, пребиотики и синбиотики.

Микробная утилизация нефтяных загрязнений в условиях Арктики. Микробная конверсия органических отходов в современные энергоносители. Переработка отходов в электроэнергию с помощью бактерий (технология микробных топливных элементов).

Учение об инфекции, формы инфекции, свойства возбудителей инфекций. Патогенность, вирулентность, токсичность. Эволюция микробного паразитизма. Микробиота тела здорового человека и ее значение. Бактериальные инфекции. Внутрибольничные инфекции.

Стрептококковые инфекции – пневмония, скарлатина, рожа. Менингококковая и гонококковая инфекции. Туляремия. Бруцеллез. Коклюш. Легионеллез. Брюшной тиф. Сальмонеллез.

Дизентерия. Холера. Чума. Сибирская язва. Ботулизм. Столбняк. Сифилис. Эпидемический сыпной тиф. Туберкулез. Болезнь Лайма. Вирусные инфекции. Натуральная оспа. Бешенство.

Гепатиты А, В, С. Полиомиелит. Грипп. ВИЧ-инфекция.

Работы А.Левенгука, Л.Пастера, Р.Коха, М.Бейеринка, С.Н.Виноградского, К. ван Ниля, А.Клюйвера, Р.Стейниера и др.

Славные имена отечественной микробиологии:

С.Н.Виноградский, Л.С.Ценковский, Г.А.Надсон, В.Л. Омелянский, Б.Л.Исаченко, Н.Г.Холодный, С.П.Костычев, В.Н.Шапошников, Н.А.Красильников, Е.Н.Кондратьева, Г.А.Заварзин и другие.

Лекция 1. Микробиология и ее объекты Микроорганизмы, их особенности и группы. Методы микробиологии. Единый план строения биологических систем и типы клеточной организации (эукариоты и прокариоты).

Внутренние и поверхностные структуры прокариотической клетки (нуклеоид, основная хромосома и плазмиды, мигрирующие генетические элементы, цитоплазма, рибосомы, включения и запасные вещества, цитоплазматическая мембрана, клеточная стенка, пили, капсулы, чехлы, S-слои). Морфология микроорганизмов. Способы движения (жгутики, скольжение, таксисы). Размножение прокариот и особенности обмена генетической информацией (конъюгация, трансдукция, трансформация, горизонтальный перенос плазмид).

Особенности клеточных циклов у микроорганизмов (плейоморфизм, дифференциация, образование покоящихся стадий, некультивируемое состояние, «коллективное поведение», сложные жизненные циклы).

Лекция 2. Многообразие микроорганизмов и их систематика Распространенность микроорганизмов на Земле. Биологические особенности микроорганизмов, способствующие их повсеместному распространению. Способы классификации биологических объектов. Эволюция взглядов на место микроорганизмов среди других живых существ. Современные системы классификации микроорганизмов (нумерическая, морфо-физиологическая и молекулярно-генетическая). Филогенетический анализ и построение генеалогического древа. Основные группы микроорганизмов. Краткая характеристика основных групп микроорганизмов (микроводорослей, простейших, плесневых грибов, бактерий и архей). Особенности представителей архей.

Лекция 3. Пластичность и широчайшие возможности обмена веществ у микроорганизмов.

Типы обмена веществ прокариот. Уникальные особенности метаболизма прокариот – хемолитотрофия, анаэробное существование за счет анаэробного дыхания, или брожения, фотосинтез аноксигенный и оксигенный, «бесхлорофильный» фотосинтез у архей, фиксация молекулярного азота и др. Значение микроорганизмов в природе и человеческой деятельности.

Лекция 4. Микробное сообщество.

Микробное сообщество как система. Трофические и топические связи в микробном сообществе. Примеры микробных сообществ (в том числе циано-бактериальные маты).

Лекция 5. Микроорганизмы в биосфере.

Участие микроорганизмов в круговоротах элементов – «биогеохимическая машина планеты».

Роль микроорганизмов в истории биосферы. География микробных сообществ. Значение микробиологии для формирования естественнонаучного мировоззрения.

Космическая микробиология.

Лекция 6. Микробная жизнь без кислорода.

Особенности жизнедеятельности анаэробных микроорганизмов, их основные группы и роль в природных процессах и человеческой практике. Анаэробные микробные сообщества как эффективная форма существования микроорганизмов в отсутствии молекулярного кислорода (трофические связи, структурно-функциональная организация, преодоление термодинамических ограничений, пространственное объединение микроорганизмов, архитектура). Микробные агрегаты - удобная и выгодная форма существования анаэробного микробного сообщества. Возможности применения структурированных анаэробных микробных сообществ в биотехнологических процессах (на примере кефирных зерен и анаэробных илов).

Лекция 7. Симбиозы с участием микроорганизмов.

Симбиозы и их классификация. Типы взаимодействий в симбиозах, особенности взаимовыгодных и паразитических симбиозов. Микробные симбиозы. Симбиозы микроорганизмов с растениями (микроорганизмы, ассоциированные с разными органами растений, фитопатогенные микроорганизмы). Микроорганизмы и животные. Нормальная микробиота как сложный сборный «орган» животных, его основные функции. Дисбактериоз.

Микроорганизмы-оппортунисты. Патогенные микроорганизмы.

Лекция 8. Микробная биотехнология: прошлое, настоящее и будущее.

Традиционные технологии приготовления пищевых продуктов и функциональные продукты.

Микробные технологии для медицины, животноводства (производство антибиотиков, стероидов, витаминов и др. лекарственных средств, вакцины и сыворотки, биодобавки и стимуляторы роста, производство кормов для животных), растениеводства и земледелия (биоконтролирующие агенты, стимуляторы роста растений, производство органических удобрений, препаратов для борьбы с вредителями и для повышения плодородия почв).

Технологии, основанные на использовании генетически модифицированных микроорганизмов (преимущества и опасности). Микробная биодеградация - «полезная» и «вредная» стороны одного процесса (разрушение загрязнений и получение полезных веществ и биокоррозия и порча пищевых продуктов). Микробиологическая переработка отходов (очистка сточных вод, разрушение твердых бытовых отходов, биоремедиация объектов окружающей среды). Понятие о ксенобиотиках, сферы их применения. Возможности разрушения ксенобиотиков микроорганизмами.

Пробиотики, пребиотики и синбиотики.

Лекция 9. Новые микробные технологии.

Микробная утилизация нефтяных загрязнений в условиях Арктики. Микробная конверсия органических отходов в современные энергоносители. Переработка отходов в электроэнергию с помощью бактерий (технология микробных топливных элементов).

Лекция 10. Основы медицинской микробиологии.

Учение об инфекции, формы инфекции, свойства возбудителей инфекций. Патогенность, вирулентность, токсичность. Эволюция микробного паразитизма. Микробиота тела здорового человека и ее значение. Бактериальные инфекции. Внутрибольничные инфекции.

Стрептококковые инфекции – пневмония, скарлатина, рожа. Менингококковая и гонококковая инфекции. Туляремия. Бруцеллез. Коклюш. Легионеллез. Брюшной тиф. Сальмонеллез.

Дизентерия. Холера. Чума. Сибирская язва. Ботулизм. Столбняк. Сифилис. Эпидемический сыпной тиф. Туберкулез. Болезнь Лайма. Вирусные инфекции. Натуральная оспа. Бешенство.

Гепатиты А, В, С. Полиомиелит. Грипп. ВИЧ-инфекция.

Лекция 11. Важнейшие вехи развития микробиологии.

Работы А.Левенгука, Л.Пастера, Р.Коха, М.Бейеринка, С.Н.Виноградского, К. ван Ниля, А.Клюйвера, Р.Стейниера и др.

Лекция 12. Славные имена отечественной микробиологии.

С.Н.Виноградский, Л.С.Ценковский, Г.А.Надсон, В.Л. Омелянский, Б.Л.Исаченко, Н.Г.Холодный, С.П.Костычев, В.Н.Шапошников, Н.А.Красильников, Е.Н.Кондратьева, Г.А.Заварзин и другие.

Вопросы к зачету:

1. Распространение микроорганизмов и роль микробиологии в решении глобальных проблем человечества.

2. Сравнительная характеристика про- и эукариотных организмов.

3. Морфология микроорганизмов-прокариот.

4. Способы размножения и покоящиеся формы микроорганизмов.

6. Движение микроорганизмов. Таксисы.

7. Обмен генетическим материалом у прокариот.

8. Принципы систематики микроорганизмовю. Бактерии и археи.

9. Особенности метаболизма прокариот:– брожение, анаэробное дыхание.

10. Особенности метаболизма прокариот: хемолитотрофия.

11. Особенности фотосинтеза у прокариот.

12. Особенности метаболизма прокариот: азотфиксация.

13. Симбиозы с участием микроорганизмов.

14. Особенности взаимовыгодных и паразитических симбиозов.

15. Почва как среда обитания микроорганизмов.

16. Микроорганизмы и растения.

17. Роль микроорганизмов в сельском хозяйстве.

18. Роль микроорганизмов в медицине.

19. Природа антимикробных веществ и области их применения.

20. Микробиологические производства продуктов питания.

21. Микробиология и проблема загрязнения окружающей среды.

22. Микробиология и проблема продовольственных ресурсов.

23. Микробиология и проблема здоровья человека.

24. Микробиология и проблема топливно-энергетических ресурсов.

25. Нормальная микробиота человека.

26. Дисбактериоз..

27. Пробиотики.

28. Микроорганизмы - продуценты соединений для медицины и ветеринарии.

29. Биодеградация, ее формы и значение в природе.

30. Роль микроорганизмов в процессах порчи пищевых продуктов.

31. Биологическая обработка отходов. Твердые отходы и способы их переработки.

32. Микробиологическая очистка сточных вод.

33. Очистные мероприятия при загрязнении нефтью и нефтепродуктами почв и водоемов.

34. Микробное сообщество как система. Трофические связи в микробном сообществе.

34. Циано-бактериальные сообщества как стволовая линия эволюции биосферы.

«Реликтовые» микробные сообщества.

35. Значение микробиологии для формирования естественнонаучного мировоззрения «Микробиология как центральная биологическая дисциплина»

(Г.А.Заварзин).

36. Роль микроорганизмов в «общем круговороте жизни» (С.Н.Виноградский) 37. Геологическая деятельность микроорганизмов.

38. Актуалистическая микропалеонтология.

39. Роль Л.Пастера в развитии микробиологии и естествознания. Роль в истории микробиологии Р.Коха, М.Бейеринка, К.ван Ниля, А.Клюйвера, Р.Стейниера.

40. Роль С.Н.Виноградского в развитии микробиологии и естествознания.

41. Развитие микробиологии в трудах отечественных микробиологов:

(Л.С.Ценковский, В.Л. Омелянский, Б.Л.Исаченко,Н.Г.Холодный,, Н.А.Красильников, Г.А.Заварзин и другие).