Учебная программа и разделы дисциплины

Наименование разделов и их содержание
1 Введение. Предмет и задачи микробиологии; ее место и роль среди других наук. Значение микроорганизмов в пищевой промышленности, сельском хозяйстве и здравоохранении.
2 Возникновение и развитие микробиологии. Открытие микроорганизмов А. ван Левенгуком. Роль Луи Пастера, И.И. Мечникова в формировании микробиологии как науки. Значение работ Р.Коха, М.Бейеринка, С.Н.Виноградского, Д.И.Ивановского, А.Клюйвера и др. ученых в развитии микробиологии. Развитие отечественной микробиологии. Достижения отечественных микробиологов. Главные направления развития современной микробиологии.
3. Микроорганизмы и их систематика. Принципы классификации царства прокариотов. Признаки, исполь-зуемые при классификации. Прокариоты и эукариоты. Эубактерии и архебактерии. Методы идентификации микроорганизмов. Характеристика отделов и классов царства прокариотов (IX-е издание определителя Берджи).
4 Морфология, строение и развитие микроорга-низмов. Прокариоты. Одноклеточные и многоклеточ-ные формы. Строение, химический состав клеток. Грамположительные и грамотрицательные бактерии. Химическое строение клеточных стенок. Слизистые слои и капсулы, функции их. Строение цитоплаз-матической мембраны. Ядерный аппарат прокариотов, состав, организация, передача генетической инфор-мации. Органоиды клетки. Эндоспоры и цисты, химическое строение и функции. Жгутики и механизмы движения, организация и расположение. Фимбрии и пили. Значение и функции. Эукариоты. Морфология дрожжей, мицелиальных грибов, микроскопических водорослей и простейших. Строение, химический состав и функции органоидов и включений клетки. Циклы развития и размножения.
5. Культивирование и рост микроорганизмов. Накопительные и чистые культуры, методы получения и значение. Основные типы сред, используемые для выращивания микроорганизмов. Поверхностное и глубинное культивирование. Рост клетки и популяции. Сбалансированный и несбалансированный рост. Закономерности роста микроорганизмов при периодическом способе выращивания. Рост микроорганизмов при непрерывном (гомогенно-проточном) культивировании. Технологи-ческое оборудование для выращивания микро-организмов: хемостаты и турбидостаты. Принципы работы, практическое использование в биотехнологии. Синхронизированные культуры, способы получения и значение.
6 Действие физических и химических факторов на микроорганизмы. Рост микроорганизмов в зависи-мости от содержания воды. Устойчивость микроор-ганизмов к высушиванию. Лиофилизация. Действие tº на микроорганизмы. Психрофилы, мезо- и термофилы. Термотолерантные формы. Использование высоких tº для стерилизации. Действие низких tº на выживание, способность микроорганизмов жить в экстремальных условиях. Действие осмотического давления, особенности метаболизма у осмофилов. Галофилы, особенности обмена веществ. Барофильные микроорганизмы, действие гидростатического давления. Отношение микроорганизмов к молекулярному кислороду: аэробы и анаэробы (облигатные и факуль-тативные). Значение рН среды для роста микроор-ганизмов. Радиация, характер ее действия на микроорганизмы. Устойчивость микроорганизмов к УФ-лучам и ионизирующему излучению. Фотореактивация. Дейст-вие видимого света и инфракрасного излучения на микроорганизмы. Антимикробные вещества. Антибиотики. Мутагены.
7 Обмен веществ (метаболизм) микроорганизмов. Типы питания, разнообразие способов питания у микроорганизмов. Анаболизм и катаболизм. Автотрофия и гетеротрофия. Фототрофия и хемотрофия. Прототрофы и ауксотрофы. Сапрофиты и паразиты (паротрофы). Проникновение экзогенных веществ в клетку микроорганизмов. Использование высокомолекуляр-ных соединений (белков, полисахаридов, липидов и др.) микроорганизмами. Соединения С и N, используемые микроорганизмами. Факторы роста. Потребности микроорганизмов в источниках S и P, в K, Fe, Mg, Ca и др. макро- и микроэлементах. Конструктивный метаболизм или анаболизм. Ассимиляция CO2 автотрофами и гетеротрофами. Рибулезобифосфатный (цикл Кальвина-Бассама), цикл Арнона и др. пути усвоения CO2 автотрофами. Использование C1- и С2 – соединений для питания. Значение цикла Кребса (ЦТК) в биосинтетических процессах. Энергетические процессы или катаболизм. Способы обеспечения клеток микроорганизмов энергией. Фотосинтез и хемосинтез. использование молекулярного О2 для окислительных процессов (дыхание). Переносчики электронов и электронтранспортные системы, их особенности у разных микроорганизмов. Роль АТФ в метаболизме микроорганизмов, способы ее образования и аккумулирования у аэробов и анаэробов. Брожения. Пути сбраживания углеводов и др. соединений микроорганизмами: путь Эмбдена-Мейергоффа-Парнаса (ЭМП-путь, гликолиз), путь Варбурга-Диккенса, путь Энтнера-Дудорова и др. Гомо- и гетероферментативное молочнокислое брожение, спиртовое, пропионовокислое, масляно-кислое и др. брожения. Двухфазность брожений. Характеристика микроорганизмов, вызывающих разные брожения (примеры). Брожение высокомо-лекулярных соединений. Анаэробное дыхание. Доноры и акцепторы электронов, используемые микроорганизмами при анаэробном дыхании. Микроорганизмы, восстанав-ливающие нитраты (NO3-) и др. окисленные соединения азота до молекулярного азота (N2) (денитрификация, нитратредукция). Микроорганизмы, восстанавливающие сульфаты (SO42-), сульфиты (SO32-), и др. соединения серы до молекулярной серы (Sº) и Н2S (десульфатация). Метанобразующие бактерии (архебактерии), особенности их метаболизма. Образование метана (СН4) из углекислоты (СО2) микроорганизмами, как к перспективный и дешевый способ получения энергии и топлива в будущем. Аэробное дыхание. Формы участия молеку-лярного О2 в окислении разных субстратов. Полное (до СО2 + Н2О) и неполное окисление. Характеристи-ка микрооргнанизмов, участвующих в аэробном окислении белков (аммонификация), углеводов, спиртов (уксуснокислые бактерии), углеводородов и др. многоуглеродных органических соединений. Микроорганизмы, окисляющие метан (СН4), метанол (СН3ОН) и др. С1 – соединения (метилотрофы).
8 Хемосинтез и окисление неорганических соединений. Заслуги С.Н. Виноградского (1892) в открытии хемосинтеза, уникального способа получения энергии известного только в мире микроорганизмов. Группы хемолитоавтотрофных бактерий и осуществляемые ими химические процессы: 1. Нитрификация (2 фазы) и нитрифици-рующие бактерии; 2. Окисление восстановленных соединений серы (Н2S, сульфиты - SO32-, тиосульфа-ты – S2O32-, сульфиды – S2-) до сульфатов (SО42-) и бактерии, осуществляющие этот процесс (тионовые и бесцветные серобактерии); 3. Окисление восстанови-тельных соединений железа (Fe2+) до Fe3+ (окислы железа) и железобактерии; 4. Окисление молекуляр-ного водорода (Н2) и водородные бактерии.
9 Бактериальный фотосинтез и фотосинтезирую-щие бактерии. Фототрофные эубактерии, способные использовать световую энергию. Особенности бакте-риального фотосинтеза и характерное отличие от фотосинтеза растений (классические работы К. ван Ниля), механизм фотосинтеза. Эубактерии, осуще-ствляющие бескислородный тип фотосинтеза: пур-пурные, зеленые бактерии и гелиобактерии. Эубакте-рии, фотосинтез которых сопровождается выделе-нием кислорода, как у растений: цианобактерии и прохлорофиты. Фотосинтетический аппарат эубак-терий: набор пигментов, химическая природа компонентов, структурная организация в клетке. Основные (бактериохлорофиллы а, в, с, d, е, д и фикобилипротеины) и вспомогательные (кароти-ноиды) пигменты фототрофных эубактерий: химическое строение, спектры поглощения длин волн солнечной энергии, функции и локализация в клетке. Фотофизические, фотохимические и биохи-мические процессы, лежащие в основе бактери-ального фотосинтеза. Значение фототрофных эубактерий в природе.
10 Фиксация молекулярного азота атмосферы микроорганизмами и азотфиксирующие бактерии. История открытия уникальной способности микроорганизмов к фиксации азота атмосферы (классические работы С.Н. Виноградского, М. Бейеринка и И.Доберейнера). Свободноживущие в почве и воде азотфиксаторы. Ассоциативная и симбиотическая азотфиксация. Характеристика микроорганизмов, распространение и значение их в природе. Видовая специфичность клубеньковых бак-терий, симбиоз с бобовыми растениями. Бактероиды. Значение и роль пигмента – леггемоглобина в фик-сации молекулярного азота. Бактерии – симбионты небобовых растений. Биохимия азотфиксации. Значе-ние уникального ферментного комплекса – нитроге-назы, который имеют только микроорганизмы, в фиксировании молекулярного азота.
11 Генетика микроорганизмов. Наследственность и изменчивость. Фенотипическая и генотипическая изменчивость. Мутационная природа изменчивости. Частота мутантов и типы мутаций: генные, хромосомные, спонтанные и индуцированные (радиационные и химические). Селекция различных мутантов. Применение мутантов микроорганизмов в научных исследованиях и в практических целях. Рекомбинации у прокариот: трансформация, конъюгация, трансдукция, лизогения. Плазмиды и эписомы. Практическое использование достижений генетики микроорганизмов и генной инженерии в микробиологии (примеры).
12 Экология и геохимическая деятельность микроорганизмов. Распространение микроорганиз-мов в почве, водоемах, воздухе и естественных субстратах: в продовольственном сырье, готовой продукции и изделиях. Участие микроорганизмов в круговороте углерода, азота, серы и др. элементов в природе. Роль микроорганизмов в почвообразовательных процессах и создании плодородия почвы. Значение микроорганизмов в первичной продукции водоемов и в минерализации органических веществ. Роль микроорганизмов в месторождениях полезных ископаемых, в переработке производственных отходов, вторичного сырья и детоксикации ядовитых веществ. Взаимоотношения микроорганизмов между собой и высшими организмами. Симбиотические, или ассоциативные, взаимоотношения: мутуализм (кооперация), комменсализм. Метабиоз. Синергизм (взаимное усиление физиологических функций) на примере «чайного гриба». Антагонизм: пассивный и активный. Антибиотики (примеры). Внеклеточный (бактерии) и внутриклеточный (вирусы) паразитизм. Хищничество. Взаимоотношения микро – и макроорганизмов: растений, животных, грибов, человека (примеры). Патогенные микроорганизмы.
13 Вирусы. История открытия вирусов Д.И. Ивановским (1892). Облигатный внутриклеточный паразитизм вирусов. Две формы существования вирусов: вирус покоящийся (вирион) и вирус внутриклеточный (комплекс «вирус-клетка»). Разные формы взаимоотношений вирусов с клеткой: литическая, умеренная и нейтральная. Спиральные и полиэдрические вирусы. Цикл репродукции вируса. РНК или ДНК как генетический материал вируса. Особенности структуры РНК и ДНК вирусного происхождения: двунитчатые, однонитчатые РНК и ДНК, линейные и кольцевые формы. Структура вирусных частиц. Белки вирусов, функции белковых оболочек. Общее представление о классификации вирусов. Бактериофаги (вирусы бактерий). Лизогенные и умеренные бактериофаги. Интерференция вирусов и интерферон.
14 Микроорганизмы в пищевой промышленности и медицине. Роль микроорганизмов при хранении и переработке пищевого сырья. Происхождение микрофлоры зерна и муки. Роль ризосферной и эпифитной микрофлоры растений в обсеменении зерна и муки микроорганизмами. Изменение микрофлоры в процессе очистки и размола зерна. Роль микробиологического фактора в самосогревании зерна. Влияние микроорганизмов на качество зерна и муки при хранении. Влияние микрофлоры муки на качество вырабатываемых из нее продуктов. Роль микробиологических процессов в технологии переработки пищевого сырья и производства готовой продукции. Использование микроорганизмов для производства ферментных препаратов и применение их в пищевой промышленности. Использование микроорганизмов в биотехнологии для получения пищевых и кормовых продуктов, БАВ, химических и лекарственных препаратов. «Болезни» хлеба и хлебобулочных изделий, вызываемые микроорганизмами. Характеристика возбудителей. Меры профилактики. Основы микробиологического и санитарно-гигиенического контроля на предприятиях отрасли.

Вопросы для выполнения контрольной работы, подготовки и сдачи экзамена

1 Предмет микробиологии. Основные разделы и направления развития современной микробиологии. Значение в народном хозяйстве и медицине.

2 Краткая история развития микробиологии. Развитие отечественной микробиологии. Вклад отечественных ученых в развитие микробиологии.

3 Принципы классификации микроорганизмов. Признаки, используемые при систематике.

4 Отдел грациликуты. Общие признаки представителей и краткая характеристика классов и групп.

5 Отдел фирмикуты. Общие признаки представителей и краткая характеристика классов и групп.

6 Отдел тенерикуты (микоплазмы). Общие признаки представителей и краткая характеристика класса молликутов.

7 Отдел мендозикуты. Общие признаки представителей и краткая характеристика архебактерий (5 групп архебактерий).

8 Химический состав прокариотной клетки.

9 Химический состав клеток эукариотных микроорганизмов.

10 Характеристика эукариотных микроорганизмов, используемых как объекты изучения микробиологии, на примере дрожжевой клетки.

11 Строение прокариотной клетки. Разнообразие форм прокариот.

12 Строение и химический состав клеточных стенок у грамположительных эубактерий. Значение клеточной стенки, организация и функции.

13 Строение и химический состав клеточных стенок у грамотрицательных эубактерий. Значение клеточной стенки, организация и функции.

14 Цитоплазматическая мембрана бактериальной клетки. Химический состав, структура, организация и функции.

15 Цитоплазма прокариотной клетки, химический состав и структура. Органоиды (органеллы) бактериальной клетки.

16 Генетический (ядерный) аппарат у прокариот, бактериальная хромосома. Состав, структура, особенности организации.

17 Внутрицитоплазматические включения прокариотной клетки. Химический состав, функции, структурные характеристики.

18 Эндоспоры и цисты бактерий. Образование, состав, свойства и биологическое значение.

19 Капсулы, слизистые слои и чехлы прокариот. Химический состав, способы образования, функции и биологическое значение.

20 Придаточные структуры прокариотной клетки. Жгутики, ворсинки, фимбрии и пили. Расположение, функции, строение. Механизмы движения клетки.

21 Положение и место микроорганизмов в системе живой природы.

22 Влияние физико-химических факторов на прокариоты: влажность, температура, давление и концентрация веществ.

23 Влияние света и излучений на прокариоты. Отношение к молекулярному кислороду и кислотности среды.

24 Размножение микроорганизмов. Способы и скорости размножения.

25 Рост бактериальной клетки в периодической культуре. Кривая роста, фазы и закономерности роста.

26 Периодическое (статическое) и синхронизированное культивирование микроорганизмов.

27 Непрерывное (гомогенно-проточное) культивирование микроорганизмов. Аппараты для культивирования, принципы работы этих аппаратов. Использование этого метода в биотехнологии.

28 Методы стерилизации, значение этих методов для хранения пищевых продуктов.

29 Консервирование пищевых продуктов. Цели и способы консервирования. Значение при хранении пищевого сырья и готовой продукции.

30 Поступление экзогенных веществ в клетку микроорганизмов. Диффузия и активный транспорт.

31 Автотрофный и гетеротрофный способы питания у микроорганизмов. Разнообразие форм и способов питания у них.

32 Роль АТФ в процессах метаболизма бактериальной клетки и способы ее образования.

33 Гомоферментативное молочнокислое брожение. Химизм, продукты брожения. Практическое использование.

34 Гетероферментативное молочнокислое брожение. Химизм, продукты брожения. Практическое использование.

35 Кисломолочные продукты. Роль молочнокислых бактерий в производстве их. Биологическая ценность и полезность для организма.

36 Спиртовое брожение. Химизм, продукты брожения. Практическое использование.

37 Эубактерии и эукариотные микроорганизмы, осуществляющие спиртовое брожение. Характеристика их. Метаболические пути образования этилового спирта.

38 Пропионовокислое брожение. Характеристика возбудителей. Химизм, продукты брожения. Практическое использование.

39 Маслянокислое брожение. Химизм, продукты брожения. Практическое использование.

40 Аммонифицирующие бактерии. Характеристика их и значение в природе.

41 Уксуснокислые бактерии. Продукты, образуемые ими. Характеристика их. Значение в природе. Практическое использование.

42 Синтез аминокислот, органических кислот, ферментов и витаминов микроорганизмами. Практическое использование в биотехнологии.

43 Хемосинтез. Хемолитотрофные микроорганизмы, особенности их метаболизма. Значение в природе.

44 Нитрификация, фазы процесса. Характеристика микроорганизмов и значение их в природе.

45 Денитрификация (восстановление нитратов). Характеристика микроорганизмов. Значение в природе.

46 Железобактерии, характеристика их. Особенности метаболизма. Распространение в природе и значение их.

47 Фотосинтезирующие бактерии. Особенности бактериального фотосинтеза и в чем отличие от фотосинтеза растений?

48 Бактериальный фотосинтез с выделением и без выделения молекулярного кислорода. Характеристика микроорганизмов. Значение и роль в природе.

49 Основные и вспомогательные пигменты фотосинтезирующих бактерий. Состав, функции и роль в фотосинтезе.

50 Азот атмосферы как источник азотного питания для микроорганизмов. Механизм азотфиксации. Значение этого процесса в природе.

51 Свободноживущие в почве и воде азотфиксирующие бактерии. Характеристика их и значение в природе.

52 Клубеньковые бактерии. Распространение, видовая специфичность и значение их в природе.

53 Ассоциативная азотфиксация. Бактерии – симбионты небобовых растений. Распространение и значение их в природе.

54 Генетика микроорганизмов. Наследственность и изменчивость. Фенотипическая и генотипическая изменчивость.

55 Рекомбинации у прокариотов: конъюгация, трансформация и трансдукция. Механизм переноса ДНК из одной клетки в другую.

56 Плазмиды и эписомы как внехромосомные кольцевые или линейные молекулы ДНК. F- факторы. F- плазмиды. R- плазмиды.

57 Практическое использование достижений генетики микроорганизмов и генной инженерии в микробиологии и биотехнологии. Приведите примеры.

58 Вирусы как возбудители инфекционных заболеваний. Внутриклеточное размножение вирусов (облигатный паразитизм).

59 Вирусные нуклеиновые кислоты. Типы нуклеиновых кислот, структура, особенности организации, содержание и функции.

60 Природа вирусов и положение их в системе живого мира.

61 Структура вирусных частиц. Две формы существования вирусов (вирион и комплекс «вирус-клетка»).

62 Морфология вирусной частицы. Формы вирусов. Строение белковой оболочки (капсида). Функции ее.

63 Бактериофаги. Лизогенные и умеренные фаги. Роль и значение в природе. Применение их.

64 Симбиотические и антагонистические взаимоотношения в мире микроорганизмов. Симбиоз, метабиоз, мутуализм, комменсализм, паразитизм, антагонизм, синергизм. Раскройте суть этих взаимоотношений. Значение в природе.

65 Микробиологический и санитарно-гигиенический контроль на предприятиях пищевой промышленности.

Дополнительные вопросы для студентов

профилей «Технология хранения и переработки зерна»;

«Технология хлеба, кондитерских и макаронных изделий»;

«Технология продуктов общественного питания»;

66 Микроорганизмы ризосферы растений, их роль в питании растений и происхождении микрофлоры зерна.

67 Эпифитная микрофлора растений и микроорганизмы зерна. Характеристика и происхождение их.

68 Влажность и температура зерновых масс, жизнедеятельность микроорганизмов при изменении этих условий при хранении зерна.

59 Аэрация зерновых масс, целостность зерна, состояние его покровных тканей и жизнедеятельность микроорганизмов при этом.

70 Роль микробиологического фактора в самосогревании зерна. Участие и роль микроорганизмов в этом процессе.

71 Влияние микроорганизмов на качество зерна при хранении.

72 Происхождение микрофлоры муки. Изменения микрофлоры в процессе очистки и размола зерна.

73 Роль и значение микроорганизмов при хранении муки.

74 Влияние состава микрофлоры муки на качество вырабатываемых из нее продуктов.

75 «Болезни» хлеба и хлебобулочных изделий, вызываемые микроорганизмами. Характеристика возбудителей. Меры профилактики и борьбы.

Дополнительные вопросы для студентов профиля

«Технология бродильных производств и виноделие»

66 Характеристика дрожжей, используемых в пивоварении. Расы дрожжей. Разведение чистой культуры дрожжей.

67 Главное брожение при производстве пива. Процессы, происходящие при главном брожении. Ведение главного брожения. Нарушения процесса брожения и меры борьбы с ними.

68 Дображивание пива. Микробиологические и физико-химические процессы, происходящие при дображивании. Созревание пива.

69 Основные болезни и пороки вин. Возбудители, меры профилактики и борьбы с ними.

70 Характеристика сточных вод спиртового производства. Использование отходов как вторичных материальных ресурсов. Роль микроорганизмов в переработке отходов.

71 Микробные ферментные препараты и композиции, применяемые в производстве солода и пива. Характеристика их.

72 Болезни виноградной лозы: мильдью, оидиум, фузариоз, серая гниль и другие возбудители. Профилактика и меры борьбы с возбудителями.

73 Использование чистых культур дрожжей в пивоварении и виноделии. Питательные среды и разводка дрожжей. Маточные дрожжи.

74 Отходы пивоваренного и безалкогольного производств. Утилизация вторичных сырьевых ресурсов пивобезалкогольного производства. Роль микроорганизмов в переработке отходов.

75 Переработка и использование сырьевых отходов винодельческих и спирто-водочных производств. Значение в природе. Роль микроорганизмов в переработке.

5. Контрольные вопросы для самоподготовки