Практикум. 
Микробиология: теория и практика

Вопросы и задания для самоконтроля.

• 1. Чем отличаются физико-химические условия существования микроорганизмов в почве, воде, воздухе и внутри макроорганизма?
• 2. Почему почва оказывает значительное влияние на биосферу Земли?
• 3. Можно ли предсказать положение конкретного микроорганизма в пространстве водоема, зная его морфологию и физиологические свойства?
• 4. Проанализируйте преимущества и недостатки пребывания микроорганизмов в прикрепленном состоянии.
• 5. Перечислите особенности микроорганизмов, способствующие их повсеместному распространению.
• 6. Приведите классификации микробов по отношению к различным абиотическим факторам и сравните возможности прокариот и эукариот.
• 7. Вспомните разные местообитания, где несколько физико-химических факторов имеют экстремальные значения.
• 8. Приведите примеры симбиозов, включающих только микроорганизмы.

Семинар 1.

Жизнь микроорганизмов в экстремальных условиях Семинар рекомендуется проводить в форме докладов и презентаций студентов и последующего их обсуждения. При подготовке материала студенты должны руководствоваться соответствующим разделом учебника как планом, который дополнен конкретными примерами из монографий и оригинальных статей научных микробиологических журналов, найденных по ключевым словам, а также из рекомендованной литературы.

Лабораторная работа 1.

Образование биопленок в различных условиях.

Цель работы: выполняя данную работу, студенты узнают, что микроорганизмы предпочитают расти в прикрепленном состоянии, образуя различного вида биопленки, внешний вид и мощность которых зависят от характера поверхности, к которой прикрепляются микроорганизмы. Студенты овладеют методикой постановки эксперимента по выявлению покрытий, препятствующих развитию микроорганизмов на заданной поверхности, и будут уметь моделировать условия образования биопленок.

Любой объект, погруженный в водоем, быстро покрывается слизистым слоем микроорганизмов. После этого и более крупные организмы могут начать колонизировать подводные поверхности. Прикрепление играет важную роль в жизни ряда микроорганизмов, поскольку позволяет им развиваться в условиях достаточно стабильного микроокружения. Микробные обрастания рабочих поверхностей приводят к большим проблемам. Например, обрастания погруженных в воду морских и речных судов снижают их скорость и увеличивают потребление топлива, а микробные биопленки на внутренних поверхностях промышленных и муниципальных водопроводов уменьшают просвет труб. Для борьбы с образованием биопленок применяют различные препараты, как правило, отличающиеся высокой токсичностью (биоциды). В городском водоснабжении воду специально хлорируют, применяют фунгициды и альгициды для снижения процессов обрастания. Днища судов покрывают специальными красками.

В обрастаниях из природных водоемов часто обнаруживаются простейшие, прикрепленные к поверхностям и фильтрующие воду вокруг себя для заглатывания и переваривания отмерших частичек растений и животных.

Необходимые материалы: пробы осадков из различных источников, пластиковые или пластмассовые объекты, из которых можно нарезать круги (например, прозрачные пластиковые бутылки объемом 1,5—2 л), ножницы, дырокол или шило, ведра глубиной не менее 40 см, палочки длиной 40—45 см, не разбухающая в воде веревка (30—40 м), грузила весом 30—50 г, разнообразные материалы для покрытия поверхностей (например, быстросохнущая алкидная эмаль, лак для ногтей, вазелин, острый соус «чили», лосьон и т. д.), мягкие кисточки или ватные палочки для нанесения покрытий, бумажные салфетки, лотки или кристаллизаторы, лупы, световой микроскоп, предметные и покровные стекла, несколько чистых прозрачных пробирок.

Для эксперимента готовят «искусственный пруд», набирая по 10 л водопроводной или колодезной воды в ведра и опуская в них 1—2 чашки (200— 300 мл) осадка из пруда, реки или другого источника. Водопроводную воду перед внесением осадка необходимо отстаивать 24 ч. После внесения осадка ведра инкубируют в течение 2 недель при комнатной температуре. За 1 сут. перед постановкой эксперимента вырезают нужное количество кружков из пластика диаметром 5 см. В центре кружков дыроколом или шилом прокалывают отверстие, чтобы можно было протянуть веревку. Один из 6 кружков, составляющих каждую повторность опыта, с обеих сторон окрашивают эмалевой краской и кладут на просушку при комнатной температуре.

Для постановки эксперимента на один конец веревки (1 м) укрепляют грузило, затем, отступя 5 см, завязывают узелок (больше, чем диаметр прокола на кружке) и продевают первый кружок. На расстоянии 3 см делается другой узелок и на него надевается второй кружок. Так последовательно надеваются все 6 кружков, причем вторым сверху должен быть кружок, предварительно окрашенный эмалью. Самый верхний кружок служит контролем, поэтому его не покрывают ничем. Обе поверхности остальных кружков по очереди смазывают тонкими слоями различных покрытий (например, вазелина, лосьона, соуса «чили», лака для ногтей). При этом веревка с укрепленными кружками должна быть свободно подвешена либо ее должен держать на весу другой студент. Порядок расположения кружков со смазками и контрольного необходимо зафиксировать в лабораторном журнале. Веревки с кружками опускают в ведро с заготовленной водой вертикально, чтобы верхний кружок был погружен на 5 см. На этом уровне конец веревки прикрепляют к палочке, лежащей поперек ведра. В одно ведро можно опустить до 8 веревок с кружками (по 4 на одной палочке). При этом кружки не должны касаться друг друга.

Далее набирают воду из ведра в чистую пробирку и описывают культуральные признаки пробы, обращая внимание на имеющиеся в воде мельчайшие организмы. Готовят препарат «раздавленная капля» и микроскопируют его при увеличениях 10Х и 40Х. Описывают и зарисовывают морфотипы микроорганизмов, наблюдаемых в воде. Если применяли разные типы воды, то сравнивают микробиоту таких проб.

Ведра с веревками инкубируют в статичных условиях при комнатной температуре в течение 2 недель. По окончании инкубации веревки с кружками переносят в стеклянные лотки или кристаллизаторы, наполненные водой из ведра, чтобы кружки с обрастаниями нс подсыхали. Кружки просматривают с помощью лупы, описывают видимые признаки обрастаний (цвет, структуру поверхности, блеск и т. д.) и оценивают степень обрастания в баллах от 1 до 5 по сравнению с контрольным кружком, который считают за 3 балла. Отложив по оси абсцисс использованные покрытия кружков (например, 1 — контроль, 2 — эмаль, 3 — лак для ногтей, 4 — вазелин и т. д.), а по оси ординат — степень обрастания на соответствующем покрытии в баллах, получают диаграмму, позволяющую сделать вывод, какое покрытие препятствует, а какое способствует образованию микробных биопленок.

Можно усложнить эксперимент, инкубируя каждый вариант «искусственного пруда» при разных значениях температуры, освещенности и других физико-химических факторов, а также при внесении в воду биоцидов (например, хлорсодержащих дезинфектантов). Он позволит сделать выводы о влиянии этих факторов на скорость формирования и мощность обрастаний и выявить условия, способствующие и препятствующие образованию биопленок.

Семинар 2.

Взаимодействия микроорганизмов. Трофическая цепь. Симбиозы Семинар рекомендуется проводить в форме докладов и презентаций студентов и последующего их обсуждения. При подготовке материала студенты должны руководствоваться соответствующим разделом учебника как планом, который дополнен конкретными примерами из монографий и оригинальных статей научных микробиологических журналов, найденных по ключевым словам, а также из рекомендованной литературы.