1. Возникновение и развитие микробиологии. Предмет и задачи микробиологии, ее место и роль в современной биологии. Значение микроорганизмов в природных процессах, в народном хозяйстве и здравоохранении. Положение микроорганизмов в природе. Объект изучения микробиологии. История микробиологии. Открытие микроорганизмов. Этапы развития микробиологии как науки. Значение работ А. ван Левенгука, Л. Пастера, Р. Коха, С.Н. Виноградского, Д.И. Ивановского, М. Бейеринка, А. Клюйвера, А. Флеминга. Развитие отечественной микробиологии. Главные направления развития современной микробиологии. Основные методы микробиологических исследований. Роль микробиологического синтеза в промышленности. Использование микроорганизмов для получения пищевых и кормовых продуктов, химических реактивов и лекарственных препаратов. Применение в сельском хозяйстве, при выщелачивании металлов из руд, очистке стоков и получении топлив.

2. Систематика микроорганизмов. Мир микроорганизмов, общие признаки и разнообразие. Прокариотные и эукариотные микроорганизмы, сходство и основные различия. Этапы развития жизни на Земле. Гипотезы происхождения эукариот. Основные единицы классификации прокариот. Принципы классификации прокариотных и эукариотных микроорганизмов. Правила номенклатуры и идентификации. Естественная и искусственная классификации. Искусственная классификация Берджи. Бинарная номенклатура. Методы классификации на основе определения последовательности 16S pРНК и ДНК-ДНК гибридизации. Применение нуклеиновых микрочипов для систематики микроорганизмов. Характеристика отдельных групп бактерий, архей и эукарий.

3. Морфология, строение и развитие микроорганизмов. Микроскопические методы изучения микроорганизмов. Исследования живых и фиксированных объектов. Прокариотные микроорганизмы. Одноклеточные, многоклеточные бактерии, размеры и морфология бактерий. Строение, химический состав и функции отдельных компонентов клеток. Особенности функционирования Нуклеоида и цитоплазматической мембраны у прокариот. Клеточная мембрана и внутриклеточные мембранные структуры. Ядерный аппарат, рибосомы. Газовые вакуоли, запасные вещества и другие внутриклеточные включения. Строение клеточных стенок Грам- положительных и Грам- отрицательных бактерий. Различия бактерий при окраске по Граму. L-формы и микоплазмы. Слизистые слои, S-слои, капсулы и чехлы. Жгутики и пили, расположение, организация, механизм действия. Движения скользящих форм. Реакции таксиса. Способы размножения, дифференцировка, эндоспоры и другие покоящиеся формы. Пигменты и их роль. Особенности состава и организация клеток архей.

Эукариоты. Морфология дрожжей, мицелиальных грибов, микроформ водорослей, простейших. Химический состав и функции отдельных компонентов клетки. Циклы развития и размножение.

4. Питание. Основные биоэлементы и микроэлементы, типы питания микроорганизмов. Источники углерода, азота. Фототрофия и хемотрофия, автотрофия и гетеротрофия, литотрофия и органотрофия. Автотрофные и гетеротрофные; литотрофные и органотрофные микроорганизмы. Сапрофиты и паразиты. Факторы роста: ауксотрофы, прототрофы. Поглощение веществ клеткой. Механизм транспорта питательных веществ. Простая, облегчённая диффузия. Активный транспорт. Выход веществ из клетки. Использование микроорганизмами высокомолекулярных соединений и веществ, нерастворимых в воде. Эндо- и экзоцитоз у эукариот. Соединения углерода и азота, используемые микроорганизмами. Азотфиксация. Способность микроорганизмов использовать разные соединения серы и фосфора. Потребность в железе, магнии и других элементах.

5. Культивирование и рост. Основные питательные среды. Основные требования, предъявляемые к питательным средам. Жидкие и плотные питательные среды. Простые и сложные. Элективные и дифференциально-диагностические. Среды Гисса. Накопительные и чистые культуры. Культивирование аэробных и анаэробных микроорганизмов, метод Хангейта. Рост отдельных микроорганизмов и популяций (культур). Сбалансированный и несбалансированный рост. Основные параметры роста культур: время генерации, удельная скорость роста, выход биомассы, экономический коэффициент. Методы определения биомассы. Закономерности роста чистых культур при периодическом выращивании. Рост микроорганизмов при непрерывном культивировании. Синхронные культуры, способы получения и значение. Чистые культуры. Понятие клона.

6. Действие физических и химических факторов. Радиация, характер ее действия на микроорганизмы. Фотореактивация и темновая репарация. Рост микроорганизмов в зависимости от температуры: психрофилы, мезофилы и термофилы. Механизмы, позволяющие микробам жить при экстремальных температурах. Барофилы. Устойчивость микроорганизмов к высушиванию. Рост микроорганизмов в зависимости от активности воды (а w). Особенности осмофилов и галофилов. Механизмы устойчивости к осмотическому стрессу. Отношение микроорганизмов к молекулярному кислороду: аэробы и анаэробы. Возможные причины ингибирующего действия кислородного стресса на микроорганизмы. Ацидозы, нейтрофилы и алкалифилы. Природа антимикробных веществ и области их применения. Химиотерапевтические препараты. Антибиотики как продукт метаболизма микроорганизмов. Спектр и механизм действия антибиотиков. Бактериостатические и бактерицидные эффекты действия антибиотиков. Лекарственная устойчивость. Образование L-форм под действием антибиотиков. Мутагены, механизмы их действия и устойчивости к ним.

7. Метаболизм. Энергетические процессы. Способы обеспечения энергией. Механизм обмена веществ и преобразования энергии. Метаболизм: анаболизм и катаболизм. Роль ферментов в клеточном метаболизме. Основные свойства ферментов. Классификация ферментов. Практическое использование микробных ферментов. Биохимические основы и уровни регуляции метаболизма, регуляция синтеза ферментов. Индукция и репрессия. Регуляция активности ферментов, аллостерические ферменты и эффекторы, ковалентная модификация ферментов, аденилатный контроль и энергетический заряд клетки. Основные типы дыхания: аэробное и анаэробное. Роль АТФ в преобразовании энергии. Трансмембранный электрохимический градиент ионов водорода. Фотосинтез и хемосинтез. Переносчики электронов и электронтранспортные системы, их способности у разных микроорганизмов.

8. Брожения. Молочнокислое гомоферментативное брожение, пропионовокислое, маслянокислое, ацетонбутиловое, спиртовое и другие брожения. Молочнокислое гетероферментативное брожение. Путь Энтнера-Дудорова у бактерий. Микроорганизмы, получающие энергию путём сбраживания субстратов.

9. Фотофосфорилирование и автотрофия. Фототрофные прокариотные и эукариотные микроорганизмы. Состав, организация и функции их фотосинтезирующего аппарата. Фотосинтез с выделением и без выделения молекулярного кислорода. Использование световой энергии галоархеями. Биосинтетические процессы, ассимиляция углекислоты. Рибулозобисфосфатный цикл, ассимиляция формальдегида метилтрофами.

10. Окислительное фотофосфорилириование. Формы участия молекулярного кислорода в окислении разных субстратов. Полное и неполное окисление. Роль цикла трикарбоновых кислот и пентозофосфатного окислительного цикла. Значение глиоксилатного шунта. Краткая характеристика важнейших микроорганизмов, участвующих в аэробном окислении белков, углеводов, углеводородов и других многоуглеродных веществ. Микроорганизмы - метилотрофы. Светящиеся бактерии. Окисление неорганических соединений: группы хемолитотрофных бактерий и осуществляемые ими процессы. Анаэробные дыхания. Доноры и акцепторы электронов, используемые разными микроорганизмами при анаэробном дыхании. Диссимиляционная нитратредукция и денитрификация. Сульфат- и серу-редукторы. Метаногены, их особенности. Ацетогены. Путь Вуда-Льюнгдала. Ассимиляционная нитратредукция, фиксация молекулярного азота. Свободноживущие и симбиотические азотфиксаторы. Пути ассимиляции аммония. Ассимиляционная сульфатредукция. Синтез основных биополимеров, биосинтез порфириновых соединений, вторичные метаболиты.

11. Микроорганизмы в природе. Смешанные культуры. Типы симбиозов микроорганизмов. Распространение микроорганизмов в природе. Микрофлора почвы, воды, воздуха и организма человека. Участие микроорганизмов в биогеохимических циклах, взаимосвязь циклов. Роль физиологических групп микроорганизмов в катализе этапов циклов. Ведущая роль цикла углерода, продукция и деструкция в цикле органического углерода, связь с циклом неорганического углерода и циклом кислорода. Цикл азота, группы организмов, участвующие в нем. Цикл серы: серобактерии и сульфидогены. Цикл железа. Самоочищение водотоков. Очистные сооружения и микробные сообщества в них. Морская микробиология. Сообщества микроорганизмов, трофические связи в сообществах. Анаэробное сообщество как модель трофических связей, межвидовой перенос водорода и формиата, синтрофия. Первичные анаэробы и вторичные анаэробы. Экология микроорганизмов, формирование состава атмосферы. Парниковые газы, метаногенез, бактериальный газовый фильтр. Водная микробиология, озеро как модель водной экосистемы. Циклы веществ в водоемах. Геологическая микробиология, роль микроорганизмов в выщелачивании пород и формировании коры выветривания. Цикл кальция и карбонатов, рудообразование. Почвенная микробиология, структура почвы и характерные условия обитания микроорганизмов в почве. Влажность и почвенный воздух, связь микроорганизмов с растениями, ризосфера. Роль мицелиальных организмов в почве, микориза, гумусообразование. Роль микроорганизмов в формировании характерных типов почв, самоочищение почвы. Палеобактериология и эволюция биосферы в докембрии, реликтовые сообщества. Филогения микроорганизмов, основанная на изучении последовательностей 16 S рРНК, симбиогенез.

12. Наследственность и изменчивость. Вирусология. Наследственная и ненаследственная изменчивость, мутационная природа изменчивости. Частота мутантов и типы мутаций. Спонтанный и индуцированный мутагенезы. Популяционная изменчивость, селекция различных мутантов. Применение мутантов микроорганизмов. Трансформация, трансдукция, конъюгация, рекомбинация и генетический анализ у фагов. Плазмиды, транспозоны, использование вирусов и плазмид в генетической инженерии. Рекомбинация у эукариот, половой и парасексуальный процессы, цитоплазматическая наследственность. Вирусы и бактериофаги. Природа вирусов, основные отличия от микроорганизмов. Строение вирусов. Нуклеокапсид. Типы симметрии. ДНК- и РНК-содержащие вирусы. Болезни человека, животных и растений, вызываемые вирусами (оспа, гепатит, герпес, грипп, СПИД, рак и другие). Явление бактериофагии. Морфология фагов. Строение и химический состав фага. Видовые, типовые и поливалентные фаги. Взаимодействие фага с клеткой хозяина. Профаг. Явление лизогении. Устойчивость фагов к физическим и химическим факторам. Распространение фагов в природе. Качественные и количественные методы обнаружения фага. Практическое использование фагов. Вирусоподобные частицы (прионы и вироиды). Происхождение вирусов.

13. Инфекция и иммунитет. Роль микроорганизмов в возникновении инфекционного процесса. Определение патогенности и вирулентности микроорганизмов: DLM, DCL, LD₅₀. Роль токсинов в вирулентности микроорганизмов. Учение об иммунитете. Реакции иммунитета. Виды иммунитета: наследственный и приобретенный, активный и пассивный. Неспецифические факторы защиты. Специфические факторы защиты. Понятие антигена и антитела. O, K, H-антигены. Иммуноглобулины G, M, A, E, D. Механизм взаимодействия антигена и антитела.

14. Симбиозы растений с микроорганизмами. Взаимодействие почвенных микроорганизмов с растениями: симбиоз, патогенез, ассоциация (типичные представители). Основные этапы и молекулярные механизмы микробного узнавания и инфекции растений: хемотаксис, адгезия (адсорбция), функции гликополимеров и белковых структур микробной клетки. Участие лектинов, адгезинов, фимбрий и жгутиков во взаимодействии бактерий с растениями. Сигнальные молекулы в микробно-растительных симбиозах. Инфекция растений. Пути проникновения ризобий, агробактерий, азоспирилл в ткани растения. Перенос Т-ДНК у агробактерий. Поздние этапы взаимодействия. Образование опухоли у двудольных растений. Функции плазмидных ДНК во взаимодействии бактерий и растений.

15. Бобово-ризобиальный симбиоз. Обмен сигнальными молекулами между партнерами в процессе образования клубенька у бобовых растений. Nod-факторы ризобий и их роль в специфичности при заражении бобовых и индукции клубенькообразования. Флавоноиды. Ацетосирингон. Явление усиления сигнала. Формирование инфекционной нити у ризобий. Образование бактероидов. Фиксация азота в симбиозе и ассоциации.

16. Биотехнологическое использование микроорганизмов. Бактериальная утилизация синтетических органических соединений. Понятие подготовительного метаболизма, ферменты подготовительного метаболизма. Синтетические органические соединения как источник углерода и энергии. Основы селекции микроорганизмов, утилизирующих новые источники питания. Биодеградация органических поллютантов в корневой зоне растений. Бактериальная продукция фитогормонов. Перспективы и проблемы практического использования генетически измененных микроорганизмов; их обнаружение в природных средах, биобезопасность, оценка вклада в урожайность растений, использование для подавления патогенной микрофлоры и вредителей сельскохозяйственных растений.

Основная литература

Современная микробиология. Прокариоты.: в 2 т. / под ред. И. Ленглера. М.: Мир, 2005.

Гусев М.В., Минаева Л.А. Микробиология. М.: МГУ, 1992 г., 376 с.

Стейниер Р., Эдельберг Э., Ингрэм Дж. Мир микробов. М.: Мир, 1979 г., т.1-3.

Шлегель Г. Общая микробиология. М.: Мир, 1987 г., 563 с.

Мишустин Е.Н., Емцев В.Т. Микробиология. М.: Дрофа, 2006. 444 с.

Дополнительная литература

Громов Б.Д., Павленко Г.В. Экология бактерий. Л.: ЛГУ, 1989 г., 246 с.

Жизнь микробов в экстремальных условиях. Под ред. Брока Т. М.: Мир, 1982 г., 520 с.

Кондратьева Е.Н. Автотрофные прокариоты. М.: МГУ, 1996 г., 302 с.

Метаболизм микроорганизмов. Под ред. Егорова Н.С. М.: МГУ, 1986 г., 256 с.

Методы общей бактериологии. Под ред. Герхарда Ф. и др. М.: Мир, 1984 г., т.103.

Перт С. Дж. Основы культивирования микроорганизмов и клеток. М.: Мир, 1978 г. 331 с.

Промышленная микробиология. Под ред. Егорова Н.С. М.: Высшая школа, 1989 г., 686 с.

Генетические основы селекции клубеньковых бактерий / Аронштам А.А., Проворов Н.А., Симаров Б.В. и др. Под ред. Б.В. Симарова. Л.: Агропромиздат, 1990, 192 с.

Карасевич Ю.Н. Основы селекции микроорганизмов, утилизирующих синтетические органические соединения. М.: Наука, 1982.

Кацы Е.И. Молекулярно-генетические процессы, влияющие на ассоциативное взаимодействие почвенных бактерий с растениями / Под ред. В.В. Игнатова. Саратов: Изд-во Сарат. Ун-та, 2003. 169 с.

Молекулярные основы взаимоотношений ассоциативных микроорганизмов с растениями / [отв. ред. В.В. Игнатов]; Ин-т биохимии и физиологии растений и микроорганизмов. М.: Наука, 2005. 262 с.

Пирузян Э.С., Андрианов В.М. Плазмиды агробактерий и генетическая инженерия растений. М.: Наука, 1985. 279 с.

Проворов Н.А., Аронштам А.А. Генетика симбиотической азотфиксации у клубеньковых бактерий // Итоги науки и генетики. Серия Микробиология. Т. 23. Генетика микроорганизмов. М., 1991. 272 с.

Чумаков М.И. Механизм агробактериальной трансформации растений. Саратов: Слово, 2001. 256 с.