Здесь можно найти учебные материалы, которые помогут вам в написании курсовых работ, дипломов, контрольных работ и рефератов. Так же вы мажете самостоятельно повысить уникальность своей работы для прохождения проверки на плагиат всего за несколько минут.
Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение оригинальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения оригинальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, РУКОНТЕКСТ, etxt.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии так, что на внешний вид, файл с повышенной оригинальностью не отличается от исходного.
Результат поиска
Наименование:
курсовая работа Метаногенные археи
Информация:
Тип работы: курсовая работа.
Добавлен: 13.10.2012.
Год: 2012.
Страниц: 11.
Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%
Описание (план):
?23
ОГЛАВЛЕНИЕ Введение……………….3 1. История изучения…………..5 2. Особенности морфологии………6 3. Особенности физиологии……….7 4. Антигенные особенности………...9 5. Классификация и таксономия………....10 6. Отдельные представители родов метаногенных архей и их дифференциация………………...11 7. Среды для выделения и первичной идентификации………..17 8. Внутривидовая и межвидовая идентификация………18 9. Медицинское и ветеринарное значение. Патогенность………..19 10. Экология и распространение………………..20 11. Применение в практике………..21 Заключение………………..22 Список литературы…………….23
ВВЕДЕНИЕ Одним из основных достижений биологии конца XX века явилось выявление трех эволюционных ветвей жизни, сформировавшихся на заре ее возникновения, - это домены бактерий, архей и эукарий. Архебактерии, как полагают, являются одними из самых древних организмов на Земле, и до последнего времени вопрос о точном времени их происхождения оставался открытым. На сегодняшний день самая старая находка датируется возрастом 2,71 - 2,65 миллиарда лет. Археи, несомненно, сыгравшие существенную роль в эволюции биосферы, и в наше время занимают в ней своеобразное место, обеспечивая прохождение определенных процессов круговорота веществ, являющегося необходимым условием ее существования. Археи чрезвычайно распространены в мире, но известно о них меньше, чем о бактериях. Характерные черты, заметные лишь пытливому взгляду учёных под микроскопом, делают археев абсолютно неповторимыми, чётко отличая их от всех прочих - бактерий, грибов, растений и животных. Вероятно, многие из этих микроорганизмов состоят из химических структур, неизвестных науке. Представители этого домена имеют существенные особенности. Но нас интересует конкретная особенность, а именно: некоторые археи осуществляют биохимические процессы, не свойственные никаким другим организмам. Например, только определенные представители архей в процессе своей жизнедеятельности образуют метан. Эти метаногенные археи играют важную роль в климатических флуктуациях. Цель курсовой работы: изучить систематику и методы идентификации метаногенных архей. Актуальность: Изучение метаногенных археев имеет место, так как они являются единственными микроорганизмами, способными в процессе своей жизнедеятельности образовывать метан. Метаногенез играет важную роль в природе, являясь основным источником метана в земной атмосфере. А также, одной из причин их изучения является то, что метан используется человеком для получения биогаза. Задачи: 1) Изучить историю метаногенных архей; 2) Рассмотреть особенности морфологии и физиологии, а также антигенные особенности метаногенных архей; 3) Изучить классификацию и таксономию метаногенных архей; 4) Выявить среды для выделения и первичной идентификации метаногенных архей; 5) Охарактеризовать внутривидовую и межвидовую идентификацию метаногенных архей; 6) Рассмотреть медицинское и ветеринарное значение метаногенов; 7) Изучить экологию и распространение метаногенных архей; 8) Осветить применение метаногенных архей в практике
1. ИСТОРИЯ ИЗУЧЕНИЯ В 1776 г. Итальянский физик Алессандро Вольта впервые описал образование метана в илах и болотах. На рубеже XIX – XX вв. после работ Хоппе-Зейлера, В.Л. Омелянского и ряда других исследователей анаэробных ниш была доказана возможность образования метана не только абиогенным путем, но и за счет жизнедеятельности микроорганизмов.[6] До середины ХХ в. Биогенез метана называли «метановым брожением» (в настоящее время установлено, что это особый тип дыхания). В 1902 г. Омелянский пытался доказать, что в качестве «сбраживаемого» субстрата используется целлюлоза. Однако в 1967 г. Выяснилось, что выделенная им культура (“Methanobacillus omelianskii”) представляет собой симбиотическую ассоциацию между бактерией, которая окисляет этанол до ацетата и водорода, и метаногеном, который восстанавливает двуокись углерода с помощью водорода. Оно позволяет устранить эффект торможения окислительного процесса конечным продуктом реакции. Джеймс Баркер предположил в 1936 г., что метаногенные прокариоты восстанавливают углекислоту до метана, используя в качестве донора электронов молекулярный водород или другие субстраты, например оксид углерода. В 1940 г. Он подтвердил это с помощью радиоуглеродного анализа. В 1948 г. Басвел и Соло установили, что источником образования метана, помимо углекислоты, может быть метанол или метильная группа ацетата. В 1956 г. Баркер пришел к выводу, что ведущим таксономическим признаком метаногенов служит не их морфология, а уникальная способность к образованию метана, и на этом основании поместил их в отдельное семейство Methanobacteriaceae. 6] Метаногены являются облигатными анаэробами, и получить их чистые культуры удалось не сразу. Лишь в 1947 г. Схнеллен выделил Methanobacterium formicicum и Methanosarcina barkeri. В 1976 г. Белч и Ральф Вулф разработали методику для выращивания метаногенов на газовой смеси из углекислоты и водорода.[6] 2. ОСОБЕННОСТИ МОРФОЛОГИИ
Морфологически метаногены очень разнообразны: среди них есть палочки Methanobacterium с клеточной стенкой из псевдомуреина, кокки Methanococcus с белковой клеточной стенкой, плоские угловатые формы Methanohalobium, псевдопаренхиматозны агрегаты Methanosarcina с гетерополисахаридом, цепи палочек в трубчатых чехлах Methanothrix (Methanosaeta) и спириллы Methanospirillum с белковой клеточной стенкой. Встречаются как грамположительные, так и грамотрицательные виды.[1] Клетки неподвижные или передвигающиеся с помощью перитрихиально или полярно расположенных жгутиков. У представителей рода Methanosarcina в клетках найдены газовые вакуоли. Для некоторых метаногенов характерна развитая система внутриклеточных элементарных мембран, являющихся результатом разрастания и впячивания в цитоплазму ЦПМ и сохраняющих с ней связь. Недавно описан микоплазмоподобный метаноген, выделенный в род Methanoplasma, не имеющий клеточной стенки и фильтрующийся через мембранные фильтры с диаметром пор 0,45 мкм.[2]
Метанобразующие археи — строгие анаэробы. Первые исследования чистых культур, выделенных из рубца жвачных животных, показали, что рост их возможен при начальном окислительно-восстано ительном потенциале среды ниже — 300 мВ. Рост некоторых видов полностью подавляется при содержании в газовой фазе более 0,004% молекулярного кислорода. В последнее время, однако, описаны виды с относительно низкой чувствительностью к O2. В их клетках найдена супероксиддисмутаза. Возможно, в природе такие виды могут сохранять жизнеспособность при кратковременных контактах с O2 и возобновлять рост в анаэробных условиях. Большинство метанобразующих бактерий имеют температурный оптимум для роста в области 30-40°, то есть являются мезофилами, но есть виды, у которых оптимальная зона сдвинута в сторону более низких (25°) или высоких (55-65°) температур. Недавно выделен экстремально термофильный организм Methanothermus fervidus, растущий при 55-97° (оптимум 80°). Все известные представители этой группы — нейтрофилы с оптимальным pH в области 6,5-7,5. Среди метаногенов есть галофилы, требующие в качестве одного из оптимальных условий для роста содержания в среде до 65-70 г/л NaCl.[3] В качестве источника углерода и энергии для роста метаногены используют узкий круг соединений. Наиболее универсальными источниками углерода и энергии для них является газовая смесь H2 и CO2. Более 3/4 известных видов утилизируют H2 + CO2. Некоторые метаногены приспособились к облигатному использованию этих соединений. Следующими по распространенности источниками углерода и энергии служат формиат, ацетат, метанол, метиламины и моноокись углерода. Около половины изученных видов не нуждаются в каких-либо органических соединениях. Для роста многих культур в атмосфере H2 и CO2 требуется внесение в среду органических веществ, стимулирующих рост или абсолютно для него необходимых. Это могут быть некоторые витамины группы B, ацетат, пируват, сукцинат, отдельные аминокислоты, дрожжевой экстракт или компоненты неизвестного состава, содержащиеся в природных средах обитания. Так, штаммы, выделенные из рубца жвачных животных, нуждаются в добавках рубцовой жидкости. Сложные органические соединения метанобразующие бактерии использовать не могут. В качестве источника азота метаногены используют аммонийный азот или некоторые аминокислоты. Для ряда видов показана способность к азотфиксации. Источником серы могут служить сульфаты, сульфид или серосодержащие аминокислоты.[2] Именно из-за высокой чувствительности метаногенов к кислороду сведения об их физиологии пока сравнительно скудны. Только после разработки специальных методов (например, метода Хангейта) появилась возможность пересевать и выделять метанобразующие бактерии без доступа кислорода.[7]
4. АНТИГЕННЫЕ ОСОБЕННОСТИ
Метаногены имеют два типа антигена: 1) соматический (О-Аг), 2) жгутиковый (Н-Аг).
5. КЛАССИФИКАЦИЯ И ТАКСОНОМИЯ Для создания таксономической структуры метанобразующих бактерий был использован филогенетический подход, основанный на сравнительном анализе нуклеотидных последовательностей 16S рРНК. В соответствии с таким подходом в IX издании Определителя бактерий Берджи группа разделена на три порядка (Methanobacteriales, Methanococcales, Methanomicrobiales), коэффициент сходства (SAB) для которых составляет 0,2 — 0,28. Далее порядки разделены на 6 семейств (SAB = 0,34-0,36) и 13 родов (SAB = 0,46-0,51). Число видов достигает более 40. SAB для них колеблется в пределах 0,55-0,65. О гетерогенности группы можно судить и по нуклеотидному составу ДНК ее представителей (молярное содержание ГЦ-оснований — от 27 до 61%).[2,6] Домен: Archaea Тип: Euryarchaeota Группа: Methanogenes (группа 31) Подгруппы: Порядок 1 (Methanobacteriales) Род: Methanobacterium, Methanobrevibacter, Methanosphaera, Methanothermus Порядок 2 (Methanomicrobiales) Род: Methanococcus, Methanocorpusculum, Methanoculleus, Methanogenium, Methanomicrobium, Methanospirillium, Methanoplanus Порядок 3 (Methanococcales): Род: Methanococcoides, Methanosarcina, Methanothrix, Methanohalobium, Methanohalophilus[4, ]
6. ОТДЕЛЬНЫЕ ПРЕДСТАВИТЕЛИ РОДОВ МЕТАНОГЕННЫХ АРХЕЙ И ИХ ДИФФЕРЕНЦИАЦИЯ
Дифференцирующие признаки родов метаногенов изложены в определителе бактерий Берджи.[5] Таблица 6.1 Дифференцирующие признаки родов Порядка 1.
Пояснения к таблице: «+» — 90% и более штаммов положительные; «-» — 90% и более штаммов отрицательные; «d» — 11 -89% штаммов положительные; «v» — нестабильность на уровне штамма (не равнозначно «d»); «D» — различные реакции у разных таксонов (видов одного рода или родов одного семейства).[6] Таблица 6.2
Дифференцирующие признаки родов Порядка 2.
Пояснения к таблице: «(2)» - клетки ряда штаммов, у которых клеточная стенка состоит только из S-слоев, при высушивании разрушаются, эти штаммы обозначены как грамотрицательные; «(3)» - в электронный микроскоп видны жгутики, но подвижность не отмечена; «(4)»- нуждаются либо в дрожжевом экстракте, либо в пептоне.[5] Таблица 6.3
Дифференцирующие признаки родов Порядка 3.
Пояснения к таблице: «(2)» – для некоторых штаммов характер окраски по Грамму зависит от условий культивирования и предыистории; «(3)» – нуждаются в дрожжевом экстракте или смеси витаминов группы В.[5]
7. СРЕДЫ ДЛЯ ВЫДЕЛЕНИЯ И ПЕРВИЧНОЙ ИДЕНТИФИКАЦИИ
Метаногены – облигатные анаэробы, то есть они очень чувствительны к кислороду воздуха. Поэтому для выделения чистой культуры используют метод вращающихся пробирок Р. Хангейта, а также модификацию метода Р. Хангейта.[1,2] Также применяют методику Белча и Вулфа для выращивания метаногенов на газовой смеси из углекислоты и водорода в соотношении 1:4 под давлением 2 бар.[6]
8. ВНУТРИВИДОВАЯ И МЕЖВИДОВАЯ ИДЕНТИФИКАЦИЯ
Таблица 8.1 Дифференциация видов рода Methanothermus
Таблица 8.2 Дифференциация видов рода Methanoplanus
Таблица 8.3 Дифференциация видов рода Methanothrix
9. МЕДИЦИНСКОЕ И ВЕТЕРИНАРНОЕ ЗНАЧЕНИЕ. ПАТОГЕННОСТЬ
Для медицины и ветеринарии метаногенные археи представляют определенный практический интерес как продуценты витамина B12 .[2] Патогенностью метаногены не обладают.[1,2,6,7]
10. ЭКОЛОГИЯ И РАСПРОСТРАНЕНИЕ Метаболические свойства метанобразующих бактерий (строгий анаэробиоз, зависимость от ограниченного набора ростовых субстратов, и в первую очередь от молекулярного водорода) определяют их распространение в природе. Обычными местами обитания этих бактерий является анаэробная зона разных водоемов, богатых органическими соединениями. Они обнаруживаются в иловых отложениях озер и рек, в болотах и заболоченных почвах, в осадочных слоях морей и океанов. Метанобразующие бактерии — обитатели пищеварительного тракта животных и человека, а также важный компонент микрофлоры рубца жвачных животных.[1]
11. ПРИМЕНЕНИЕ В ПРАКТИКЕ Отстойники, в которых происходит анаэробный распад органических веществ сточных вод населенных пунктов, относятся к обычному оснащению коммунальных водоочистных сооружений. В индустриальных странах гниение ила служит в первую очередь стабилизации первичного ила, а также активного ила, образующегося при аэробной очистке сточных вод. Метан, выделяющийся при гниении ила, частично используется определенными микроорганизмами, а частично его применяют в качестве топлива. В сельском хозяйстве применяют биогаз-ферментеры, а также ямы для навоза, чтобы сбраживать (с получением метана) экскременты животных вместе с отбросами, содержащими целлюлозу. Метод образования биогаза, основной частью которого является метан, обладает двумя важными преимуществами: во-первых, сохраняется содержащийся в экскрементах азот, а также те ценные качества удобрения, которыми обладает сероводородный ил; во-вторых, происходит образование биогаза (в основном метана), который может быть использован в качестве источника энергии как в сельскохозяйственном производстве, так и в домашнем хозяйстве.[3,7] Особый случай составляет симбиоз метаногенов, в том числе внутриклеточный, с анаэробными протестами, для которых они составляют терминальный сток Н2. В анаэробном микробном сообществе они замыкают трофическую цепь, потребляя ацетат и Н2. Метаногены чрезвычайно важны для биогеохимии, потому что служат главным источником метана на Земле.[2]
ЗАКЛЮЧЕНИЕ Таким образом, в завершении данной курсовой работы, можно подвести обобщающие выводы. Отличие метаногенов от других организмов очень четкое: все метаногены — это микроорганизмы, образующие как основной продукт катаболизма метан. Никакие другие организмы кроме метаногенов не попадают в эту категорию. В состав группы входят бактерии с разной морфологией: прямые или изогнутые палочки разной длины; клетки неправильной формы, близкие к коккам; извитые формы. В качестве источника углерода и энергии для роста метаногены используют узкий круг соединений. Метаногены могут существовать в экстремальных условиях жизни: в 1981 г. был обнаружен штамм рода Methanothermus, максимальная температура роста которого составляет 97С. Изучение этих микроорганизмов актуальна в наше время, так как они являются малоизученными формами ( из-за высокой чувствительности к кислороду) и продуцентами метана (биогаза), который человек использует в своей деятельности. А также метаногены играют важную роль в круговороте веществ. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ1. Воробьева Л.В. Археи: Учебное пособие для вузов. — М.: Академкнига, 2007. — 447 с.2. Гусев М.В. Микробилогия: учебник для студентов биол. спец. ВУЗов/М.В. Гусев, Л.А. Минеева. – 6-е изд., стер. - М.: Изд. центр «Академия», 2006. – 464с.3. Ленглер Й., Древс Г., Шлегель Г. Современная микробиология. Прокариоты: В 2-х томах. Пер. с англ. — М.: Мир, 2005. 4. Нетрусов А.И. Общая микробиология: учебник для студентов ВУЗов/ А.И. Нетрусов, И.Б. Котова. – М.: Изд. центр «Академия», 2007. – 208с.5. Определитель бактерий Берджи. В 2-х т. Т.2: Пер. с англ./ Под ред. Дж. Хоулта, Н. Крига, П. Снита, Дж. Стейли, С. Уильямса. – М.: Мир, 1997. – 368 с.6. Пиневич А.В. Микробиология. Биология прокариотов: учебник в 3т. Том 1 – 2-е изд. – СПб.: Изд-во С. – Петерб. Ун-та, 2007. – 352с.7. Шлегель Г. Общая микробиология. – М.: Изд-во: «Мир», 1987. – 283с.