Трофимова Светлана Алексеевна, доцент кафедры ботаники и физиологии растений института биологии, экологии и агротехнологий ПетрГУ, кандидат биологических наук рабочая программа дисциплины

Рекомендации к подготовке доклада
При подготовке доклада в виде презентации по заданной теме реферата следует составить план, подобрать основные источники. Работая с источниками, следует систематизировать полученные сведения, сделать выводы и обобщения.

• 
  выступление должно содержать: название, сообщение основной идеи, современную оценку предмета изложения, краткое перечисление рассматриваемых вопросов;
  
• 
  в докладе должны прозвучать основная часть и заключение, содержащее обобщение материала и краткие выводы;
  
• 
  для подготовки презентации рекомендуется использовать: PowerPoint, MS Word, AcrobatReader, LaTeX-овский пакет beamer;
  
• 
  обязательная информация для презентации: тема, фамилия и инициалы выступающего; план сообщения; краткие выводы из всего сказанного; список использованных источников;
  
• 
  рекомендуемое число слайдов 17-22;
  
• 
  установленный регламент не более 10 минут.
  
• 
  Реферат и доклад оцениваются по 5-бальной системе (выставляется одна из оценок: 1 (плохо), 2 (неудовлетворительно), 3 (удовлетворительно), 4 (хорошо), 5 (отлично).
  

При подготовке к лабораторным занятиям, собеседованию, тестированию, решению ситуационных задач, реферату, зачету, необходимо пользоваться источниками, приведенными в списке литературы, и Интернет-ресурсами (см. раздел 8).

Промежуточный контроль знаний осуществляется в виде зачета. К зачету допускаются обучающиеся, не имеющие задолженностей по всем видам занятий и работ в семестре. Зачет проводится в форме собеседования по предложенным вопросам (см. раздел 5.2), на подготовку отводится 30 минут.

7. Методические рекомендации преподавателям по дисциплине
Дисциплина «Микробиология и вирусология» изучается на II курсе, зачет в III cеместре. Цель освоения дисциплины «Микробиология и вирусология»: формирование знаний, умений и навыков по общей микробиологии и вирусологии, понимание роли микроорганизмов в природных процессах; обучение основам лабораторных исследований чистых культур микроорганизмов и методам вирусологических исследований.
К основным видам учебной работы относятся лекции, лабораторные занятия и самостоятельная работа студентов:
Лекции – 8 (16 часов)
Лабораторные занятия – 8 (16 часов)
Самостоятельная работа студентов – (76 часов) включает:

• 
  работу с учебной и научной литературой,
  
• 
  работу с конспектом лекций,
  
• 
  составление ответов на вопросы домашнего задания,
  
• 
  подготовку к собеседованию по теме занятия,
  
• 
  подготовку к тестовому контролю,
  
• 
  подготовку к решению ситуационных задач,
  
• 
  подготовку рефератов, докладов.
  

При подготовке лекционного курса по дисциплине рекомендуется использовать основную и дополнительную литературу, электронные ресурсы (см. раздел 8).
Календарный план лабораторных занятий и перечень вопросов, рассматриваемых на каждом занятии, заранее доводится до студентов.
При реализации различных видов учебной работы по дисциплине «Микробиология и вирусология» используются следующие образовательные технологии (раздел 4 настоящей РПД):

• 
  лекции: информационная лекция – излагаются материалы, требующие запоминание; проблемная лекция – с постановкой определенной проблемы; интерактивная лекция – построена на групповом взаимодействии, сотрудничестве студентов;
  
• 
  лабораторные занятия, направленные на овладение методами исследования микроорганизмов, понимание роли микроорганизмов в природных процессах.
  
• 
  метод проектов;
  
• 
  панельная дискуссия.
  

Перечень оценочных средств, используемых при реализации дисциплины «Микробиология и вирусология» указан в разделе 5.
Основными формами контроля знаний являются:

• 
  исходный и текущий тест-контроли знаний;
  
• 
  собеседование,
  
• 
  решение ситуационных задач;
  
• 
  выполнение заданий к лабораторным занятиям
  

Проверка знания тем, вынесенных для самостоятельного изучения, проводится в виде выполнения, оформления и защиты реферата с подготовкой доклада-презентации.
Темы лекций представлены в разделе 3.3. настоящей РПД.
На лекциях рассматриваются следующие вопросы:
Тема 1. Общая микробиология. Предмет и задачи микробиологии. Ультраструктура микробной клетки (2 часа): История микробиологии. Открытие микроорганизмов Антони Ван Левенгуком. Период бессистемных наблюдений («описательный период» в развитии микробиологии). Открытия Луи Пастера (невозможность самозарождения , открытие природы брожения, возбудители болезней, применение вакцин). «Физиологический период» в развитии микробиологии. Работы Р. Коха, И. И. Мечникова. Роль отечественных ученых в развитии микробиологии. Особенности и свойства микроорганизмов, объект, методы и задачи микробиологии. Микроорганизмы – прокариоты и эукариоты, их основные различия. Морфология бактерий, Строение клеток бактерий, Клеточные структуры бактерий: капсулы ( и слизистые слои), клеточные стенки грамположительных и грамотрицательных бактерий, клеточная мембрана, жгутики, фимбрии (пили) у бактерий. Включения, их химический состав и функции. Эндоспоры и другие покоящиеся формы прокариот. Рост и размножение бактерий. Способы размножения бактерий.
Тема 2. Метаболизм микроорганизмов. Регуляторные процессы, питание, рост и культивирование микроорганизмов (2 часа): Химический состав клеток микроорганизмов, его постоянство и зависимость от условий среды. Разнообразие потребностей в источниках питания у микроорганизмов. Способы питания и поступление питательных веществ в клетку. Использование микроорганизмами источников углерода. Автотрофы и гетеротрофы. Фотосинтез (оксигенный и аноксигенный) и хемосинтез у микроорганизмов. Открытие хемосинтеза С. Н. Виноградским. Литотрофы и органотрофы. Сапротрофы, паратрофы, миксотрофы. Источники азота, фосфора, серы. Потребность в железе, калии, кальции, микроэлементах, витаминах. Понятие о ферментах, их классификация и особенности. Роль ферментов в жизнедеятельности микроорганизмов. Экзо- и эндоферменты. Конститутивные и адаптивные (индуцибельные) ферменты. Локализация ферментов в клетке. Использование ферментов человеком в различных отраслях народного хозяйства. Культивирование микроорганизмов. Чистая и накопительная культуры. Элективные среды. Системы культивирования микроорганизмов. Способы получения микроорганизмами энергии: брожение, дыхание, анаэробное дыхание. АТФ – центроболит клетки и способы её образования: субстратное фосфорилирование – гликолиз и схема Эмдена – Мейергофа – Парнаса (ЭМП); окислительное фосфорилирование – цикл Кребса или цикл трикарбоновых кислот (ЦТК) и электронтранспортная цепь (ЭТЦ). Сходство и различие брожения, дыхания, анаэробного дыхания. Гликолиз у эукариот (высших организмов) и разнообразие анаэробных путей у микроорганизмов: гликолиз, пентозофосфатный путь, путь Энтнера – Дудорова. Химизм аэробного дыхания: схема ЭМП, ЦТК, ЭТЦ.
Тема 3. Генетика микроорганизмов. Вопросы наследственности и изменчивости основных признаков бактерий (2 часа): История развития генетики микроорганизмов. Особенности генетического аппарата бактерий. Размеры и топология геномов. Открытие линейных геномов бактерий. Методы исследования генетического аппарата бактерий. Особенности нуклеотидного состава. Понятие открытых рамок считывания. Паралогичные и ортологичные гены. Мутагенез. Типы хромосомных и генных мутаций. Обратные мутации и супрессоры. Супрессия внутригенная и внегенная. Спонтанный мутагенез. Индуцированный мутагенез. Мутационное действие ионизирующих излучений и химических соединений. Физический мутагенез: получение мутантов под действием ультрафиолетового облучения. Генетическая рекомбинация: Гомологичная рекомбинация. сайт-специфическая рекомбинация. транспозиция. Структура и механизм действия Rec A белка. Роль белков Rec BCD, Ruv A, Ruv B, Ruv C. Структура транспозонов. Коньюгативныетранспозоны. Основные механизмы транспозиции. Незаконная рекомбинация. Методы выявления фенотипической изменчивости (модификации). Горизонтальный перенос генов у бактерий. Система рестрикции-модификации. Явление антирестрикции. Белковая мимикрия ДНК. Эффективность трансформации, трансдукции, конъюгации в естественных условиях. Происхождение плазмид лекарственной устойчивости. Методы выделения плазмидной и геномной ДНК бактерий E.coli. Метод ДНК электрофореза. Мигрирующие генетические элементы. IS-элементы.
Тема 4. Основы вирусологии. Структурная организация вирусов и бактериофагов. Систематика вирусов (ДНК, РНК) (2 часа): История открытия вирусов и бактериофагов, их характеристика, морфология, строение, химический состав. Морфология простых и сложных вирусов: особенности вирусных белков пепломеров, капсомеров, особенности вирусных субъединиц GP и NA. Систематика вирусов (ДНК, РНК). Этапы взаимодействия вируса с чувствительной клеткой: хемотаксис, обратимая адсорбция, необратимая адсорбция, проникновение (слияние с ЦПМ и рецепторный эндоцитоз), депротеинизация, эклипс, репродукция, выход (особенности выхода из клетки простых и сложных вирусов). Продуктивная и интегративная формы взаимодействия вируса с чувствительной клеткой: особенности этапов образования вириона и провируса. Умеренные и вирулентные бактериофаги: понятия «фаговая конверсия», «профаг», «лизогения». Особенности культивирования вирусов и бактериофагов: культуры тканей и культуры клеток (гаплоидные, диплоидные, аллоплоидные. Использование вирусов в молекулярной биологии, молекулярной генетике. Вирусы грибов, растений, насекомых, животных и человека. Фаги: строение, химический состав. Взаимодействие бактериофага с бактериальной клеткой. Вирулентные и умеренные фаги. Значение вирусов и фагов в природе и жизни человека.
Тема 5. Взаимоотношения мира микроорганизмов с растениями, животными и человеком (2 часа):Биотические факторы (взаимоотношения микроорганизмов между собой и другими организмами: растениями, животными и человеком) - трофическая и аллелохимическая природа взаимосвязей. Нейтрализм, мутуализм (протокооперация, симбиоз), комменсализм, активная конкуренция, паразитизм, метабиоз, синтрофия (микроорганизмы рубца жвачных животных). Симбиоз и антагонизм между прокариотами и эукариотами. Практическое использование симбиоза и антагонизма в сельском хозяйстве и медицине.
Тема 6. Экология и геохимическая деятельность микроорганизмов: микроорганизмы-участники круговорота углерода (2 часа): Значение процессов превращения углеродсодержащих веществ в круговороте углерода в природе и роль микроорганизмов в распаде органического вещества. Процессы брожений, вызываемые бактериями рода Clostridium. Маслянокислое и ацетонобутиловое брожения. Значение в природе, сельском хозяйстве, промышленности. Основные свойства возбудителей этих процессов (облигатный анаэробиоз, «всеядность» в отношении ис-точников углерода и др.) Маслянокислое брожение пектиновых веществ. Бактерии рода Clostridium и брожение целлюлозы. Неполное окисление углеводов и других органических соединений микроорганизмами с образованием кислот. Аэробное разложение целлюлозы. Целлюлозоразрушающие бактерии и грибы-возбудители процесса разрушения целлюлозы. Окисление микроорганизмами гемицеллюлоз, лигнина, жира, углеводородов, Возбудители и значение этих процессов.
Тема 7. Экология и геохимическая деятельность микроорганизмов: микроорганизмы-участники круговорота азота (2 часа): Трансформация азотсодержащих соединений: минерализация (аммонификация), нитрификация, денитрификация и биологическая фиксация азота. Значение минерализации органических соединений, содержащих азот (белков, нуклеиновых кислот и др.). Разложение белковых веществ в аэробных и анаэробных условиях. Возбудители процесса минерализации. Процессы нитрификации и денитрификации. Окисление аммиака в азотистую и азотную кислоты (первая и вторая фазы нитрификации). Хемоавтотрофная природа процесса. Работы С. Н. Виноградского по изучению процесса нитрификации и открытия явления хемосинтеза. Возбудители процесса. Энергетика первой и второй фазы процесса. Гетеротрофная нитрификация. Восстановление нитратов и нитритов с образованием молекулярного азота (денитрификация). Ассимиляционная и диссимиляционнаянитратредукция. Значение этих процессов, Возбудители процесса денитрификации. Биологическая фиксация азота. Биологическая и абиологическая фиксация атмосферного азота. Масштабы и значение биологической фиксации в природе. Фиксация азота атмосферы микроорганизмами. Свободноживущие, ассоциативные и симбиотические азотфиксаторы – аэробные и анаэробные формы. Симбиотическая азотфиксация у бобовых растений. Клубеньковые бактерии (ризобии), их свойства: специфичность, вирулентность, активность, конкурентноспособность. Симбиотическая азотфиксация у растений, не относящихся к бобовым (древесных, кустарниковых, травянистых).
Тема 8. Микрофлора воздуха, воды и почвы. Вопросы микробной биотехнологии (2 часа): Микрофлора поверхностных водоемов, питьевых водоисточников, понятие «сапробность» «трофность», «естественное самоочищение водоемов»; микрофлора воздуха открытых зон и закрытых помещений; микрофлора почвы (аллохтонная, автохтонная, зимогенная): биологическая индикация загрязнённой почвенной среды и самоочищение почв. Санитарная микробиология, санитарно-показательные микроорганизмы (требования, возможность использования для целей эпидемического мониторинга). Необходимость проведения санитарно-эпидемиологических исследований в зависимости от разновидности биологического загрязнения. Микробиологические и абиологические факторы разложения ксенобиотиков. Персистентность и деградация ксенобиотиков (пестицидов, поверхностно-активных веществ, синтетических смол, пластмасс и других продуктов органического синтеза) в природных экосистемах микроорганизмами. Необходимость оценки вводимых в природу ксенобиотиков. Микроорганизмы активно участвующие в разложении ксенобиотиков и их характеристика. Роль в разложении пестицидов кометаболизма и синтрофии. Использование пестицидов микроорганизмами в качестве источников углерода (биодеградация). Зависимость разложения пестицидов от температуры, рН, кислородного режима и влажности среды. Вклад микроорганизмов в минерализацию пестицидов. Экологическая опасность химического загрязнения, пути биохимической трансформации пестицидов микроорганизмами и приемы использования микроорганизмов для деградации пестицидов. Стимулирование развития микроорганизмов в природном местообитании путем применения различных агротехнических приёмов, в частности, при внесении источников азота, фосфора, выполняющих роль субстратов-индукторов или косубстратов. Перспективы использования пестицидов микробного происхождения как альтернативы экотоксикологически опасных химических веществ и как соединений, разлагаемых в экосистемах без образования токсических и персистентных продуктов распада. Разложение нефти и нефтепродуктов. Токсикологическая характеристика фракционного состава нефти. Зависимость скорости разложения нефти от температуры, влажности, содержания кислорода в почве и рН. Стимулирование процесса деградации внесением минеральных удобрений (азотных и фосфорных). Характеристика микроорганизмов-деструкторов.
Темы лабораторных занятий указаны в разделе 3.3. настоящей РПД
На лабораторных занятиях рассматриваются следующие вопросы:
Тема 1. Правила работы в бактериологической лаборатории. Основные формы бактериальной клетки. Простая окраска. Негативная окраска по Бурри (2 часа): принципы классификации микроорганизмов, особенности морфологических групп бактерий (шаровидных, палочковидных и извитых), правила работы в микробиологической лаборатории, принципы иммерсионной микроскопии, виды современной микроскопии: электронной SEM микроскопии, фазово-контрстной, сканирующей, люминисцентной, основные этапы приготовления фиксированных препаратов из культур микроорганизмов: правила работы с бактериологической петлей при отборе проб микроорганизмов из жидких и плотных питательных субстратов, простые методы окраски, негативная окраска фиксированных препаратов по Бурри.
Тема 2. Структура бактериальной клетки. Сложные методы окраски по Граму, Нейссеру, Бурри-Гинсу, Пешкову (2 часа): строение бактериальной клетки: факультативные и облигатные органоиды бактерий; функции отдельных органелл бактериальной клетки, отличие простых методов окраски от сложных; механизм и теория окраски клеточной стенки бактерий по методу Грама, методы выявления капсулы бактерий, выявление зерен волютина по Нейссеру, методы выявления спор бактерий.
Тема 3. Культивирование микроорганизмов. Питательные среды. Методы выделения чистых культур микроорганизмов (I этап) (2 часа): понятия «ассоциация микроорганизмов» и «чистые культуры микроорганизмов», методы выделения микроорганизмов в чистую культуру (механический: «штрих», «газон», «по Дригальскому», «серийные разведения», физический, химический и биологический), назначение и классификация питательных сред (по составу, происхождению, назначению, консистенции), способы культивирования аэробных бактерий, бактериологический метод исследования. Классификация микроорганизмов по типам питания, основные органогенные элементы: принципы составления рецептов питательных сред в зависимости от типа питания микроорганизма.
Тема 4. Выделение чистой культуры микроорганизмов (II и III этапы). Культивирование анаэробов (2 часа): способы идентификации отдела и семейства микроорганизмов; механизмы энергетического метаболизма, механизмы процессов биосинтеза аминокислот, липидов, углеводов; представление об особенностях культуральных признаков микроорганизмов; методы оценки биохимической активности микроорганизмов; ферментные системы конститутивного и индуцибельного типа (использование для их определения дифференциально-диагностических сред и специализиованных субстратов); механизм биологического окисления; механизм субстратного фосфорилирования; дыхательная цепь переноса электронов; отличия между облигатными аэробами, факультативными анаэробами, микроаэрофилами, облигатными аэробами и аэротолерантными видами микроорганизмов; метод Фортнера для культивирования анаэробов; физические и химические методы создания анаэробиоза; особенности работы с определителем бактерий Берги (алгоритм определения Dtvision, Family, Genis, Species).
Тема 5. Выделение чистой культуры микроорганизмов (IV этап). Влияние факторов внешней среды на микроорганизмы. Методы стерилизации и дезинфекции (2 часа): способы идентификации рода и вида микроорганизмов; влияние температуры, влажности, рН, излучения, давления, ультразвука, фитонцидов, антибиотиков, тяжелых металлов, кислот, спиртов и щелочей на микроорганизмы; микроорганизмы гидрофиты; стерилизация: методы стерилизации; дезинфекция: методы дезинфекции; понятие об антисептике и асептике; механизм действия УФ на микробную клетку; механизм действия солей тяжелых металлов на микроорганизмы; изменения вегетативной микробной клетки под воздействием высоких температур.
Тема 6. Вирусы, бактериофаги: методы культивирования и индикации (2 часа): этапы становления вирусологии как науки; принципы классификации вирусов; морфологию и химический состав вирионов; этапы взаимодействия вирусов с чувствительными клетками; особенности репродукции бактериофагов; их практическое применение; отличительные признаки вирусов и бактериофагов; репродукция ДНК- и РНК-вирусов. этапы репродукции; сущность вирусологического метода исследования; вирулентные и умеренные бактериофаги; этапы взаимодействия фага с клеткой; методы выделения, индикации и титрования бактериофагов, практическое использование фагов; фагоидентификация, фагодиагностика, фагопрофилактика, фаготерапия, биотехнология и генная инженерия.
Тема 7. Генетика микроорганизмов. Рекомбинации: трансформация, трансдукция, конъюгация (2 часа): организация генетического материала у бактерий; внехромосомные факторы наследственности: плазмиды, транспозоны, is-последовательности; мутации; рекомбинации; контроль экспрессии генов (на примере lас-оперона); виды изменчивости микробов и факторы их вызывающие; модификационная изменчивость, ее механизмы и значение; выявление ауксотрофных и антибиотико-резистентных мутантов; репарации поврежденной ДНК, механизм и значение; сходство и различия хромосом и плазмид; классификация и функции плазмид; транспозоны, строение и функции; генная инженерия, ее фундаментальное и прикладное значение; методы выявления рекомбинантов – трансформантов, трансдуцентов и конъюгантов.
Тема 8. Санитарно-показательные микроорганизмы: методы изучения (2 часа): методы санитарной микробиологии, принципы санитарно-микробиологического исследования, иметь понятие о санитарно-микробиологическом анализе, понятие о микробном загрязнении окружающей среды, знать источники загрязнения. микрофлора воды, методы изучения; микрофлора воздуха, методы изучения; микрофлора почвы, методы изучения; санитарно-показательные микроорганизмы, требования, предъявляемые к ним; санитарно-микробиологическое исследование поверхностей в окружении человека;микробиология пищевых продуктов и их оценка.