МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ
ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
КАФЕДРА БИОХИМИИ И ТЕХНОЛОГИИ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ
КУРСОВАЯ РАБОТА
на тему:
АКТИНОМИЦЕТЫ И ИХ ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ
ВЫПОЛНИЛ:
Т.С.Косотухина
ПРОВЕРИЛ:
Л.Я.Василова
УФА - 2014
Содержание
Введение
1. Строение
2. Жизненный цикл
2.1 Спорообразование
2.2 Прорастание споры
2.3 Условия спорообразования
2.4 Дифференциация мицелия
2.5 Химический состав и роль споровых структур
2.6 Прорастание спор
3. Значение спорообразования актиномицет
4. История изучения
5. Хранение актиномицет
6. Экологические функции
7. Отношение к факторам внешней среды
8. Биохимические особенности
9. Группы родов актиномицетов по 9 изданию определителя Берджи
9.1 Нокардиоформные актиномицеты
9.2 Роды с многогнездовыми спорангиями
9.3 Род Dermatophilus congolensis
9.4 Актинопланы
9.5 Стрептомицеты и близкие роды
9.6 Мадуромицеты
9.7 Род Streptosporangium
9.8 Термомоноспоры и близкие роды
10. Применение актиномицет
Заключение
Список использованных источников
Введение
Актиномицеты (устар. лучистые грибки) -- бактерии, имеющие способность к формированию на некоторых стадиях развития ветвящегося мицелия (некоторые исследователи, подчёркивая бактериальную природу актиномицетов, называют их аналог грибного мицелия тонкими нитями) диаметром 0,4--1,5 мкм, которая проявляется у них в оптимальных для существования условиях. Имеют кислотоустойчивый (англ. acid fast) тип клеточной стенки, которая окрашивается по Граму как грамположительная, однако по структуре ближе к грамотрицательным. Характеризуются высоким (60--75 %) содержанием ГЦ пар в ДНК.
Наиболее распространены в почве: в ней обнаруживаются представители почти всех родов актиномицетов. Актиномицеты обычно составляют четверть бактерий, вырастающих на традиционных средах при посевах их разведённых почвенных суспензий и 5--15 % прокариотной биомассы, определяемой с помощью люминесцентной микроскопии. Их экологическая роль заключается чаще всего в разложении сложных устойчивых субстратов; предположительно они участвуют в синтезе и разложении гумусовых веществ.
1. Строение
актиномицет бактерия мицелий биохимический
Косвенные данные позволят предположить у актиномицетов апикальный рост.
Дифференциация мицелия -- процесс усложнения в процессе развития колонии актиномицета. Прежде всего она проявляется в делении на первичный (субстратный) и вторичный (воздушный) мицелий. Воздушный толще, он гидрофобен, содержит больше ДНК и ферментов, на поверхности его клеток имеются различные структуры (палочковидные, фиблиллы).
Мицелий с редкими перегородками, практически ценоцитный у спорообразующих, с частыми перегородками (септами) у форм, для которых мицелий распадается и близких к ним. Вегетативные клетки большинства форм делятся поперечными перегородками, Geodermatophilus и Dermatophilus -- во взаимно перпендикулярных направлениях, некоторые актиномицеты содержат клетки с септами, проходящими в совершенно разных направлениях (спорангии Micromonospora, везикулы Frankia). Ветвление происходит по механизму почкования.
Часто дифференциация проявляется в образовании амицелиарных структур:
· коремии -- тесное переплетение слившихся гиф, склеенных слизью с оксидами железа;
· агрегаты клеток;
· кристаллы вторичных метаболитов;
· «серные гранулы»;
· склероции -- утолщённые гифы с вакуолями, заполненными липидами, может прорастать как спора;
· везикулы -- инкапсулированные азотфиксирующие образования у Frankia.
В процессе старения цитоплазма клеток приобретает неравномерную электронную плотность, в ней перестают различаться рибосомы, граница нуклеоида расплывается, клеточная стенка становится тонкой и рыхлой, образуется микрокапсула. При автолизисе в цитоплазме образуются обширные светлые участки, нуклеоид распадается, в клеточной стенке образуются отверстия, клетка заполняется мембранными структурами, разрушающимися последними.
2. Жизненный цикл
Нокардиоформные актиномицеты редко образуют споры и размножаются преимущественно фрагментами быстро распадающегося мицелия. Актиномицеты, имеющие продолжительные мицелиальные стадии, различаются по типу спорообразования.
У актиномицетов споры являются покоящимися клетками и одновременно репродуктивными структурами. По типу образования они делятся на две группы - эндогенные и экзогенные.[2,c.87] У большинства актиномицетов споры формируются экзогенно путем деления гифы перегородками на участки, каждый из которых представляет собой будущую спору. Экзоспоры большинства актиномицетов не содержат каких-либо дополнительных внутренних структур помимо тех, которые наблюдаются в вегетативной клетке. Стенка споры обычно значительно толще, чем стенка гифы, и в ней можно различить несколько слоев разной электронной плотности. Часто клеточная стенка окружена дополнительными наружными покровами.
2.1 Спорообразование
По числу спор актиномицеты делят на моно (например, Saccaromonospora, Micromonospora) олиго- (Actinomadura) и полиспоровые (Streptomyces), выделяя особо те, которые образуют спорангии. Спорообразование преимущественно экзогенное (Thermoactinomyces образует настоящие эндоспоры, однако в настоящее время этот род на основании хемотаксономических и генетических признаков, несмотря на выраженную мицелиальную стадию склонны относить к бациллам), реже псевдоэндогенное (Planomonospora, Dactylosporangium).
У Streptomyces и спорулирующих Actinomyces споры образуются в два этапа:
· Апикальный участок воздушной гифы отделяется септой, нуклеоид вытягивается.
· Почти одновременно клетка делится септами на участки, нуклеоид делится в тех же местах, клеточная стенка становится в 2 раза толще, споры округляются и их стенка становится в 7 раз толще стенки гифы.
У олигоспоровых септы закладываются базипитально. У монспоровых могут образовываться по механизму почкования.
Спорообразование вызывается т. н. фактором А (C13H22O4).
2.2 Прорастание споры
Прорастание происходит в следующие стадии[1,c.56]:
· Инактивная спора гидрофобна, термоустойчива, не проявляет дыхательной активности
· Смачивающаяся активированная спора проявляет активность ферментов, начинается дыхание
· Спора набухает, начинается синтез РНК
· Выход 1--3 (реже 4) ростовых трубок, начинается синтез ДНК. Эта стадия необратима, остальные три -- обратимы.
Образуют друзды -- скопление переплетенных нитей с колбовидными утолщениями на концах.
2.3 Условия спорообразования
Процесс спорообразования начинается, когда не хватает питательных веществ или чрезмерно накапливаются продукты метаболизма. Сначала нуклеоид клетки вступает компактной палочковидной формы в связи со снижением активности генома. Затем цитоплазматическая мембрана инвагинуется и отделяет часть цитоплазмы с геномом, формируется споровая перегородка, которая превращается потом в одну из оболочек споры. Между двумя мембранами проспора формируется муреиновий слой, который образует толстый слой кортекса. Одновременно с кортексом на наружной мембране проспора со стороны полюса клетки начинает образовываться экзоспориум, затем покрывает спора. В его составе есть белки, липиды, углеводы. Далее заканчивается формирование твердых, слабопроницаемых оболочек споры. Количество и строение слоистых оболочек у разных видов бактерий отличаются. Оболочки споры обеспечивают ее устойчивость к неблагоприятным факторам, в том числе термостойкость. Зрелая спора имеет характерную для каждого вида бактерий форму, размеры, расположение в клетке. В дальнейшем остальные клетки постепенно отмирают и лизируется, формируется зрелая спора, что составляет примерно 1/10 материнской клетки. Процесс спорообразования заканчивается в течение 18-20 час.
2.4 Дифференциация мицелия
Дифференциация мицелия - процесс усложнения в процессе развития колонии актиномицета. Прежде всего она проявляется в делении на первичный (субстратный) и вторичный (воздушный) мицелий. Воздушный толще, он гидрофобен, содержит больше ДНК и ферментов, на поверхности его клеток имеются различные структуры (палочковидные, фиблиллы). Мицелий с редкими перегородками, практически ценоцитный у спорообразующих, с частыми перегородками (септами) у форм, для которых10 мицелий распадается и близких к ним. Вегетативные клетки большинства форм делятся поперечными перегородками, Geodermatophilus и Dermatophilus - во взаимно перпендикулярных направлениях, некоторые актиномицеты содержат клетки с септами, проходящими в совершенно разных направлениях (спорангии Micromonospora, везикулы Frankia).
Ветвление происходит по механизму почкования. Образование септы начинается с впячивания цитоплазматической мембраны и образования мезосомы, в которой синтезируется вещество септы.
В процессе старения цитоплазма клеток приобретает неравномерную электронную плотность, в ней перестают различаться рибосомы, граница нуклеоида расплывается, клеточная стенка становится тонкой и рыхлой, образуется микрокапсула. При автолизисе в цитоплазме образуются обширные светлые участки, нуклеоид распадается, в клеточной стенке образуются отверстия, клетка заполняется мембранными структурами, разрушающимися последними.
2.5 Химический состав и роль споровых структур
Сложные по строению отростки на спорах впервые были обнаружены сотрудниками кафедры биологии почв Московского университета. В настоящее время выросты на спорах анаэробов изучаются также во многих лабораториях за рубежом. Описываются новые виды отростков. Наиболее интересным является вопрос о функции (биологической роли) этих споровых структур. Выяснение функции тех или иных клеточных структур -- отнюдь не легкое дело. В истории биологии найдется немало примеров тому, что выяснение роли той или иной клеточной структуры занимает много лет (а иногда и десятилетий). Подобные исследования очень увлекательны и имеют большое значение: с каждой новой структурой открываются новые вещества, особые ферменты, нередко совершенно неизвестные биохимические процессы.
Функция выростов на спорах окончательно еще не выяснена. Одни исследователи предполагают, что отростки на спорах -- специфические чувствительные (хемосенсорные) органеллы, подающие споре «команду» на прорастание (при благоприятных условиях). Другие считают, что выросты выполняют важную роль в процессе созревания спор, участвуя в формировании споровых покровов и кортекса. Третьи допускают, что выросты на спорах -- результат каких-то нарушений в нормальном обмене веществ.
Химические анализы показали, что выросты состоят в основном из белка. В веществе выростов обнаружено 18 различных аминокислот, а также полисахариды и липиды. Оказалось, что по аминокислотному составу и структуре белок выростов сходен с такими белками, как кератин, актин, коллаген. Для того чтобы проделать подобные анализы, нужно было «отрезать» выросты у большого количества спор, а затем очистить от загрязняющих веществ и собрать их вместе. В качестве «ножниц» при этом был использован ультразвук, а собрать микроскопические отдельные отростки удалось с помощью современных высокоскоростных центрифуг.
2.6 Прорастание спор
Споры, перенесенные в свежую питательную среду, начинают прорастать. Сначала они набухают, темнеют, затем через образовавшееся отверстие в оболочке споры молодая клетка выходит в среду. При зтом слой кортекса разрушается, а споровая оболочка вместе с отростками (если таковые имеются) сбрасывается. У анаэробов проследить за прорастанием, наблюдая за одной и той же спорой, удается только в редких случаях. На рисунке 1 представлена серия фотографий, иллюстрирующих различные стадии прорастания -- от потемнения сердцевины спор до выхода молодой вегетативной клетки из споровой оболочки. На последней стадии выхода вегетативная клетка как бы отстреливается. Отверстие в оболочке споры образуется не строго на полюсе споры, а несколько сбоку, и молодая вегетативная клетка при выходе расположена под углом к длинной оси споры. У других анаэробов процесс прорастания может выглядеть иначе.
Рисунок 1 Стадии прорастания спор
3. Значение спорообразования актиномицет
Одной из особенностей микроорганизмов является их способность к спорообразованию. Споры образуются при неблагоприятных условиях существования (высушивание, недостаток питательных веществ, изменение рН среды и т. д.), причем из одной клетки формируется только одна спора. Таким образом, образование спор не связано с процессом размножения, а является своеобразным приспособлением к переживанию в неблагоприятных условиях. По принятой номенклатуре спорообразующие аэробы носят название бацилл, а спорообразующие анаэробы -- клостридии. Процесс спорообразования проходит ряд стадий, в течение которых в определенном месте клетки цитоплазма, нуклеоид, рибосомы концентрируются, уплотняются, покрываются мембраной, а затем плотной, плохо проницаемой многослойной оболочкой, включающей кальциевые соли дипиколиновой кислоты, обусловливающей термоустойчивость спор.