Характеристика дрожжевых и дрожжеподобных грибов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

Морфология дрожжей

Ультраструктура дрожжей

Систематика дрожжей

Способы размножения дрожжей

Общая характеристика и морфология дрожжеподобных грибов

Методы изучения дрожжей

Заключение

Список используемой литературы

Введение

Дрожжи являются неподвижными одноклеточными эукариотными организмами, относящимися к грибам. Они широко распространены в природе: встречаются на листьях, ягодах, плодах, фруктах, в соках нектаре цветов, воздухе, воде и почве. Очевидно, дрожжи являются первыми микроорганизмами, которые человек начал использовать для своих потребностей -- приготовления хлеба, вина, пива и других напитков.

Среди различных представителей дрожжей встречаются виды, которые способны вызывать патологические изменения в других живых организмах. Среди подобного рода дрожжевых грибов достаточно много опасных для человека. Среди дрожжей нет облигатно-патогенных видов, которые могут размножаться только в организме человека. Однако, в природных местообитаниях встречаются факультативно-патогенные и условно-патогенные дрожжи, которые могут вызывать серьезные заболевания у людей с ослабленным иммунитетом. К таким заболеваниям относятся кандидоз, вызываемый некоторыми видами рода Candida, в первую очередь Candida albicans, и криптококкоз, возбудитель которого - Cryptococcus neoformans.

На основании вышесказанного можно говорить об актуальности темы нашей работы. Цель работы - рассмотреть общую характеристику дрожжевых и дрожжеподобных грибов. Для достижения поставленной цели необходимо решить ряд задач:

1. Рассмотреть морфологию и ультраструктуру дрожжей.

2. Раскрыть сущность систематики дрожжей.

3. Описать способы размножения дрожжей.

4. Дать общую характеристику и описать морфологию дрожжеподобных грибов.

5. Сделать выводы по теме работы.

Морфология дрожжей

Клетки дрожжей имеют овальную, яйцевидную или эллиптическую форму, несколько реже встречаются цилиндрические (палочковидные) и апикулятные (лимоноподобные) дрожжи. Несовершенные дрожжи имеют более характерную форму -- грушевидную, серповидную, стреловидную, треугольную; некоторые виды наряду с круглыми и овальными клетками могут образовывать удлиненные и мицелевидные.

Размеры клеток дрожжей колеблются от 2,5 до 10 мкм в поперечнике и от 4 до 20 мкм в длину. Формы, размеры и масса дрожжевых клеток изменяются в зависимости от условий среды, в которой они развиваются, и возраста клеток.

При характеристике морфологии дрожжевых грибов обычно различают макро- и микроморфологические признаки, поскольку первые изучают визуально, а вторые - с помощью микроскопа. Макроморфология включает культуральные признаки, характеризующие рост культуры в жидких или на плотных средах.

Макроморфологические признаки очень изменчивы и сильно зависят от состава среды и условий культивирования, поэтому они имеют весьма ограниченное значение в систематике дрожжей. Тем не менее, многие виды дрожжей существенно отличаются по характеру роста на скошенном агаре или в виде гигантской колонии, что на практике дает возможность их быстрой предварительной идентификации.

Дрожжевые культуры, растущие на плотных средах, по консистенции бывают чаще всего пастообразными, а также слизистыми, иногда полностью стекающими на дно пробирки, вязкими, клейкими, кожистыми или крошащимися. Слизистый рост характерен для многих анаморфных базидиомицетовых дрожжей родов Cryptococcus, Rhodotorula, Sporobolomyces, образующих большое количество внеклеточных полисахаридов, а также для аскомицетовых почвенных дрожжей рода Lipomyces. У большинства аскомицетовых дрожжей колонии пастообразные, сухие, культура при росте на скошенном агаре не стекает на дно пробирки. Для дрожжеподобных грибов, образующих как одиночные клетки, так и мицелий, характерны колонии с ворсинчатым краем, который хорошо просматривается при просвечивании.

У большинства дрожжей колонии белые, часто приобретающие при старении кремовый или слегка коричневатый оттенок. У некоторых аскоспоровых дрожжей, например из родов Nadsonia или Lipomyces, старые колонии при обильном спорообразовании темнеют и становятся бурыми или шоколадными. Многие дрожжи образуют пигменты, окрашивающие их колонии в различные цвета. Наличие каротиноидных пигментов, придающих колониям красную, розовую, оранжевую или желтую окраску, характерно для базидиомицетовых дрожжей родов Rhodotorula, Sporobolomyces, Cystofilobasidium и др. Аскомицетовые дрожжи Metschnikowia pulcherrima образуют диффундирующий в среду красно-вишневый пигмент пульхерримин. Так называемые «черные дрожжи», формируют темно бурые или черные колонии за счет накопления меланоидных пигментов.

При росте в жидких средах дрожжи вызывают помутнение, образуют осадок, кольцо на стенках пробирки, разного характера пленки. Как правило, рост в виде пленки характеризует способность дрожжей объединяться в мицелиальные структуры или свидетельствует об окислительном типе энергетического метаболизма.

Ультраструктура дрожжей

Дрожжи являются эукариотными организмами. Их строение сходно со строением грибной клетки. Дрожжевая клетка окружена довольно толстой клеточной стенкой. Внутри расположены многие органеллы: цитоплазматическая мембрана, эндоплазматическая сеть, обособленное ядро, митохондрии, рибосомы, аппарат Гольджи, лизосомы, вакуоли и включения.

Клеточная стенка -- прочная, жесткая и вместе с тем эластичная структура, выполняющая те же функции, что и у бактерий. Толщина ее колеблется у разных видов дрожжей от 0,15 до 0,28 мкм, масса составляет 15--30% СВ клетки. В химический состав стенки входят 60--90% полисахаридов (гемицеллюлозы, состоящие из равных количеств глюкана и маннана), 3-10% липидов, 10--25% белков, 7-9% минеральных веществ, 0,5--3 % хитина. Стенка дрожжей имеет, как правило, трехслойную структуру: первый, наружный, слой -- липопротеидный; средний -- маннанпротеиновый комплекс; внутренний, прилегающий к цитоплазматической мембране (ЦПМ), -- глюкановый, играющий основную роль в поддержании формы клетки. В клеточной стенке обнаружены ферменты -- инвертаза, щелочная и кислая фосфатазы, липаза, способствующие расщеплению и окислению питательных веществ, поступающих в клетку, а также глюканаза и манназа, участвующие в размягчении клеточной стенки перед образованием почки.

Цитоплазматическая мембрана дрожжевой клетки -- трехслойная структура толщиной 0,008--0,010 мкм. Она плотно прилегает к внутренней стенке клетки и вместе с тем тесно связана с цитоплазмой. Поверхность ее обычно ровная, но иногда отмечаются небольшие выпячивания. Состоит ЦПМ примерно из равных количеств фосфолипидов и белков и небольшого количества углеводов. Выполняет следующие основные функции: действует как осмотический барьер, регулирует поступление в клетку питательных веществ и удаление конечных продуктов обмена, участвует в регуляции синтеза компонентов клеточной стенки, является местом локализации многих ферментов (окислительно-восстановительных, пермеаз, кофакторов) и органелл (рибосом).

Цитоплазма дрожжевой клетки -- густая жидкость, вязкость которой в 800--8000 раз превышает вязкость воды. Структура ее зависит от возраста дрожжей. В молодых клетках цитоплазма гомогенная, в зрелых она становится гетерогенной в результате появления гранул полисахаридов и полифосфатов, небольших вакуолей, в старых гетерогенность усиливается за счет жировых капелек и увеличения вакуолей.

Цитоплазма состоит из жидкой части (клеточного сока), мембран и рибосом. В жидкой части растворены ферменты, транспортная РНК (рибонуклеиновая кислота), низкомолекулярные соединения -- запасные углеводы, аминокислоты, нуклеотиды, которые создают осмотическое давление в клетке 1,2 МПа. Цитоплазму пронизывает эндоплазматическая сеть (ретикулум). Это система двойных мембран (канальцев, пузырьков) с гладкой или шероховатой поверхностью, тесно контактирующих с ЦПМ, ядром, внешней мембраной митохондрий и другими структурами клетки. На шероховатых участках сети прикреплены рибосомы. На гладких частях находятся ферменты углеводного и липидного обмена. Считают, что эндоплазматическая сеть принимает участие во многих клеточных процессах и обеспечивает непрерывную и упорядоченную доставку низкомолекулярных и строительных веществ к местам их потребления.

Ядро -- это важнейшая и постоянная структура дрожжевой клетки, выполняющая генетическую, информационную и метаболитическую функции. Оно контролирует синтез белков, ферментов, липидов, клеточных структур и другие обменные процессы, играет главную роль в размножении клетки. Ядро в дрожжах имеет округлую форму размерами 1--2 мкм, окружено двумя мембранами, в которых имеется множество пор. Через поры в ядро поступают необходимые питательные вещества, из ядра в цитоплазму -- информационная и транспортная РНК, предшественники рибосом и др.

В нуклеоплазме ядра (внутренней части) находится ядрышко, играющее определенную роль в синтезе веществ рибосом. К наружной поверхности оболочки ядра прикреплено большое количество рибосом, что указывает на высокий уровень синтеза белков в непосредственной близости от ядра. Главным химическим компонентом ядра является дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК). Содержание ДНК постоянно (0,17--0,18 % СВ). В состоянии покоя клетки ДНК находится в ядре в виде тонких хроматиновых нитей. При размножении клетки ДНК концентрируется в хромосомах, где находится в связанном состоянии с белками -- гистонами. Хромосомы являются основными материальными структурами, определяющими наследственность и изменчивость. Предполагается, что число хромосом, их длина и форма постоянны для определенных видов дрожжей. Однако хромосомы в дрожжевой клетке настолько малы, что их не удалось выявить даже с помощью электронного микроскопа.

Митохондрии -- обязательные структуры эукариотной клетки. В зависимости от условий жизнедеятельности дрожжей форма, размеры, количество и внутреннее строение митохондрий меняются. По форме они могут быть сферическими, палочковидными или нитевидными. Размеры колеблются от 0,2 до 3,0 мкм по длине и от 0,05 до 1,5 мкм по диаметру. Окружены митохондрии двойной мембраной -- внутренней и внешней. В клетках, выращенных в аэробных условиях, внутренняя мембрана образует выступы -- кристы, которые пронизывают внутреннее гомогенное содержимое -- матрикс. Митохондрии клеток, растущих в анаэробных условиях, устроены более просто и крист не содержат.

В митохондриях находится большое количество ферментов: окислительно-восстановительных, цикла трикарбоновых кислот, транспорта электронов. Митохондрии играют основную роль в выработке, накоплении и распределении энергии в клетке, синтезе АТФ (аденозинтрифосфата).

Аппарат Гольджи состоит из мембранных дисков диаметром от 0,02 до 0,25 мкм. От концов мембран отходят пузырьки, которые затем превращаются в лизосомы и вакуоли. Считают, что аппарат Гольджи управляет многими физиологическими процессами в клетке: транспортирует различные вещества к месту их использования или выделения из клетки, участвует в формировании клеточных перегородок, спор, почек, удаляет из клетки токсичные вещества.

Лизосомы -- плотные гранулы, ограниченные липопротеидной мембраной. Они содержат активные гидролитические и лизирующие ферментные системы, способны расщеплять крупные молекулы полисахаридов, белков, нуклеиновых кислот, жиров. Лизосомы звездчатой формы обволакивают поврежденные структуры цитоплазмы и «переваривают» их. В случае разрыва мембраны, окружающей лизосому, происходит автолиз клеток.

Вакуоль -- органелла, находящаяся в центральной части клетки и отделенная от цитоплазмы вакуолярной мембраной, играет значительную роль в обмене веществ клетки. В вакуоли присутствуют в растворенном состоянии в виде ионов и солей натрий, калий, кальций, магний, хлор, S0₄, Р0, в виде коллоидов -- гидролитические ферменты, метахроматин, жиры, углеводы и белки. Указанные вещества используются клеткой по мере необходимости.

Размеры вакуоли зависят от возраста и физиологического состояния дрожжевой клетки. В зрелых клетках вакуоль увеличивается, в старых достигает максимальных размеров. Отмечено, что в процессе почкования вакуоль распадается на мелкие части, которые распределяются между материнской клеткой и почкой. После завершения цикла размножения мелкие вакуоли сливаются в одну. Не исключено, что вакуоль принимает участие в удалении из клетки токсичных веществ.

Запасными веществами дрожжевой клетки, содержащимися в цитоплазме и вакуоли, являются гранулы гликогена, сахар трегалоза, метахроматин и капельки жира.

Гликоген (полисахарид) содержится в клетке в значительном количестве: от 30 до 100 мг на 1 г СВ клетки. Гранулы гликогена появляются в дрожжах в начале брожения при избытке углеводного питания в среде; к концу брожения количество гликогена уменьшается. Сосредоточен гликоген в цитоплазме, вместе с тем есть предположение, что он накапливается в пространстве между ЦПМ и клеточной стенкой.

В аэробных условиях в дрожжевых клетках преобладает трегалоза, количество которой может достигать 20--150 мг на 1 г СВ клетки. В вакуоли находится резервное вещество метахроматин, состоящий из липопротеидов, полифосфатов, магния и РНК. Содержание метахроматина уменьшается в процессе активного роста клетки и возрастает при задержке размножения.

Жир в цитоплазме и вакуоли выполняет роль запасного питательного материала, представляет собой смесь триглицеридов с фосфолипидами и стеролами (эргостеролом). Капельки жира в старых клетках различимы в световом микроскопе благодаря тому, что сильно преломляют свет. Особенно хорошо они видны в клетках несовершенных дрожжей.

Систематика дрожжей

Одноклеточная организация дрожжей накладывает столь существенный отпечаток на их внешний облик и на методы работы с ними, что систематика дрожжей долгое время развивалась вполне независимо от систематики мицелиальных грибов. Одно из важных отличий - широкое использование для классификации и идентификации дрожжей физиологических и биохимических признаков.

Современный период изучения биологического разнообразия характеризуется интенсивным развитием филогенетической систематики, которая направлена на реконструкцию конкретных путей исторического развития организмов. В микробиологии филогенетическая систематика получила мощный импульс развития лишь в самом конце XX в. в связи со сравнительным изучением консервативных нуклеотидных последовательностей в рРНК.

Набор признаков, на основании которых выделяются виды у дрожжей, постоянно меняется в связи с принятием той или иной концепции вида, в результате пересмотра таксономической значимости признаков, с появлением новых методов и технологий. По своей природе признаки, используемые в систематике дрожжей, можно разбить на следующие группы.

Макроморфологические (культуральные) признаки, которые характеризуют рост штамма на различных средах. К ним относятся особенности роста в жидких средах (образование пленки, мути, осадка), формирование гигантской колонии и ее характеристики, образование плодовых тел.

Микроморфологические признаки - особенности клеточной морфологии: размеры и форма клетки, тип вегетативного размножения, строение мицелия и псевдомицелия, формирование бесполых спор (баллистоспор, хламидоспор), характеристики полового размножения (гологамия или педогамия, форма аскоспор и др.).

Цитологические признаки - особенности строения клеток и клеточных структур, например, строение клеточной стенки, структура септ мицелия.

Физиологические признаки, определяющие тип питания и способность к росту в различных условиях. К ним относится определение способности к анаэробному сбраживанию или аэробной ассимиляции различных источников углерода, способность к росту при различных значениях pH, осмотического давления среды, устойчивость к различным ингибиторам роста.

Биохимические признаки, характеризующие химический состав клетки и отдельных ее компонентов: образование ферментов, специфических метаболитов, внеклеточных продуктов, например, моносахаридный состав внеклеточных полисахаридов.

Генетические признаки, включающие характеристики генома. Арсенал генетических признаков и методов их определения особенно расширился в последнее время в связи с интенсивным развитием молекулярной биологии и стал играть ключевую роль в систематике дрожжей. К ним относятся нуклеотидный состав ДНК, степень гомологии ДНК у разных видов, наличие уникальных олигонуклеотидных последовательностей в геноме, последовательность нуклеотидов в определенных генах.

Экологические признаки, определяющие характер распространения вида в природных местообитаниях, а также чувствительность или резистентность к различным экологическим факторам, патогенные свойства.

Представленная классификация основана на морфологических и физиологических особенностях и способах размножения дрожжей.

Дрожжи относятся к классу аскомицетов (сумчатых грибов), порядку уницелломицеталес (одноклеточные грибы-дрожжи) и включают три семейства: сахаромицетов, шизосахаромицетов и сахаромикодов.

Семейства различаются формой клеток, способом вегетативного размножения, характером спорообразования и способностью вызывать спиртовое брожение.

Семейство сахаромицетов -- клетки овальной, округлой формы, вегетативно размножаются почкованием, некоторые образуют аскоспоры, вызывают энергичное спиртовое брожение.

Род сахаромицес (виды сахаромицес церевизиа, сахаромцес карлсбергенсис, сахаромицес минор, сахаромицес вини и др.) широко применяют в производстве этилового спирта, в пивоварении, виноделии, при приготовлении кваса и хлеба.

Семейство шизосахаромицетов -- клетки палочковидной формы, размножаются делением, в неблагоприятных условиях --спорообразованием, вызывают спиртовое брожение.

Семейство сахаромикодов -- клетки лимоновидной формы, размножаются полярным почкованием, которое заканчивается делением, а в неблагоприятных условиях -- спорообразованием.

Несовершенные дрожжи, утратившие способность к спорообразованию, а также к спиртовому брожению, представляют собой почкующиеся или делящиеся клетки, некоторые из них легко образуют вытянутые клетки (примитивный, или псевдомицелий, реже истинный мицелий). Для них, кроме вегетативного, характерен бесполый способ размножения -- бластоспорами, артроспорами. Среди несовершенных дрожжей много вредителей производства пива, вина, безалкогольных напитков, прессованных дрожжей, квашеных овощей, молочных продуктов. Представители несовершенных дрожжей используются для получения белково-витаминных концентратов на гидролизатах отходов сельскохозяйственного производства и пищевой промышленности, парафинах.

Традиционно все аскомицетовые грибы разделяли на два таксономических класса: Hemiascomycetes, или голосумчатые грибы, и Euascomycetes (настоящие аскомицеты). Первые не образуют плодовых тел, и аски у них располагаются непосредственно на мицелии, или в виде одиночных клеток, тогда как эуаскомицеты, за немногими исключениями (например, род Eremascus), обычно формируют аски внутри или на поверхности плодовых тел (аскокарпов), образованных «грибной тканью» - густым скоплением мицелия. Ранее все аскомицетовые дрожжи помещали в группу гемиаскомицетовых в качестве самостоятельного порядка Endomycetales. Кроме настоящих дрожжей к эндомицетовым относили и некоторые голосумчатые грибы, не образующие одноклеточных вегетативных форм, а также диморфные дрожжеподобные грибы, иногда с очень слабо выраженной дрожжевой стадией, например Ascoidea, Cephaloascus, Dipodascus. Дальнейшее разделение эндомицетовых дрожжей на семейства и роды проводилось прежде всего на основании таких признаков, как способ вегетативного размножения, тип полового процесса (гологамия, педогамия) и форма аскоспор. Например, дрожжи рода Schizosaccharomyces выделяются на основании вегетативного размножения делением, а не почкованием, роды Hanseniaspora, Nadsonia, Saccharomycodes - размножения биполярным почкованием на широком основании, роды Saccharomyces, Pichia, Metschnikowia, Williopsis характеризуются шаровидной, шляповидной, игловидной и сатурновидной формой аскоспор соответственно.

Кроме эндомицетовых к гемиаскомицетам формально относили еще одну группу грибов, составляющую отдельный порядок Taphrinales. Все представители этого порядка - облигатные паразиты растений, образующие аски не в плодовых телах, а плотным слоем под кутикулой растения-хозяина. Аскоспоры некоторых видов тафриновых способны почковаться, формируя сапротрофную дрожжевую фазу. Однако тафриновые существенно отличаются от остальных гемиаскомицетов тем, что в цикле их развития преобладает дикариотическая фаза, так же, как у базидиомицетовых грибов. К тафриновым очень близки представители рода Protomyces, все члены которого также являются фитопатогенными грибами, но способны образовывать сапротрофные дрожжевые стадии.

Среди эуаскомицетов способность к вегетативному размножению в одноклеточной форме встречается редко. Наиболее известны так называемые «черные дрожжи», характеризующиеся накоплением меланоидных пигментов, которые придают их колониям черный цвет.

Внедрение в таксономическую практику биохимических и молекулярно-биологических методов, особенно проведенное в последнее время секвенирование нуклеотидных последовательностей рДНК, существенно изменило представления о филогенетической классификации аскомицетовых дрожжей. Эти исследования подтвердили разделение аскомицетов на две главные филетические линии: гемиаскомицетовых и эуаскомицетовых. Наряду с этим обнаружилось, что дрожжи рода Schizosaccharomyces по нуклеотидным последовательностям рДНК наиболее близки к тафриновым и вместе с ними образуют группу дрожжевых грибов, предковую по отношению к остальным аскомицетам. Эта группа грибов была названа архиаскомицетами (древними аскомицетами). Таким образом, все аскомицетовые дрожжи в настоящее время распределяются по трем классам: Archiascomycetes, Hemiascomycetes и Euascomycetes.

Почти все грибы, обозначаемые термином «базидиомицетовые дрожжи» - это диморфные организмы, имеющие мицелиальную телеоморфную и одноклеточную почкующуюся анаморфную стадии. Одна из главных задач их классификации - выяснение филогенетических связей между базидиомицетовыми дрожжами и «истинными» мицелиальными базидиомицетами. Современная классификация диморфных базидиомицетов в основном базируется на анализах нуклеотидных последовательностей рДНК. В классификации базидиомицетовых дрожжей большую роль играют такие признаки, как моносахаридный состав клеточных стенок, морфология базидий, ультраструктура септ мицелия, образование крахмалоподобных соединений, способность к ассимиляции инозита. Как оказалось, именно эти признаки в наибольшей степени отражают филогенетическое родство видов и достаточно хорошо коррелируют с группированием базидиомицетовых дрожжей на основании нуклеотидных последовательностей. Ультраструктурные, биохимические и молекулярно-биологические исследования, проведенные в последние десятилетия, показали, что базидиомицетовые дрожжи не являются монофилетической группой и распределены по трем основным филогенетическим линиям базидиомицетов, которые выделяются в качестве трех классов: Hymenomycetes, Urediniomycetes и Ustilaginomycetes.

Способы размножения дрожжей

В зависимости от условий жизнедеятельности дрожжевые клетки размножаются вегетативно, с помощью аскоспор и половым путем. Вегетативное размножение может происходить почкованием, реже -- делением, почкующимся делением.

Почкование -- это процесс образования на клетке маленького бугорка -- почки, которая постепенно увеличивается в размере. Почка образуется из нового клеточного материала. По мере того как почка формируется и увеличивается в размере, происходит последовательная активация различных ферментов, необходимых для биосинтеза клеточных структур почки. Образованию почки предшествуют сложные внутри клеточные процессы: гидролиз полисахаридов клеточной стенки литическими ферментами и ее размягчение, активация фермента хитинсинтетазы и биосинтез хитина, который входит в состав почечной перегородки.

В месте соединения почки с материнской клеткой постепенно образуется сужение -- перетяжка. Когда почка достигает примерно 1/3 размеров материнской клетки, ядро перемещается в перетяжку, и здесь происходит его деление на два ядра (митоз). По завершении митоза одно из ядер переходит в почку, другое остается в материнской клетке. Перетяжка постепенно отграничивает молодую дочернюю клетку от материнской. К моменту отделения дочерняя клетка достигает размеров зрелой клетки. Отделение клеток происходит тогда, когда слои перегородки разделяются, оставляя на материнской клетке почковый рубец, на дочерней -- родовой рубец. В благоприятных условиях процесс формирования новой дочерней клетки заканчивается примерно за 2 ч. На протяжении жизни дрожжевой клетки на ее поверхности появляется 25--30 почковых рубцов. Дочерние клетки не всегда отделяются от материнской клетки, могут оставаться соединенными с ней. Затем почки образуют и материнские и дочерние клетки. Постепенно возникают скопления из многих клеток. Деление дрожжевой клетки происходит путем возникновения поперечной перегородки, которая, развиваясь, приводит к образованию двух дочерних клеток, идентичных родительской. Делением размножаются дрожжи цилиндрической формы.

Почкующееся деление характерно для дрожжей лимоноподобной формы. Вначале на полюсе возникает почка, которая после деления ядра отграничивается от материнской клетки перегородкой

Размножение с помощью аскоспор у диплоидных клеток происходит бесполым путем, у гаплоидных -- половым. Диплоидные клетки содержат двойной (или полный) набор хромосом, гаплоидные (гаметы) - одинарный (или половинный).

Диплоидные дрожжевые клетки стабильны, в благоприятных условиях растут и размножаются неограниченное время вегетативным путем. Резкое уменьшение содержания в среде питательных веществ (на пример, пересев в среду с ацетатом натрия или калия) при достаточном количестве влаги и кислорода приводит к спорообразованию. При спорообразовании происходит особое двукратное деление ядра (мейоз), в результате которого образуется четыре гаплоидных ядра. Внутри клетки формируются четыре аскоспоры, расположенные чаще в виде тетраэдра, но встречаются клетки с двумя и тремя аскоспорами. Процесс образования и созревания аскоспор длится 15--48 час. Клеточная стенка дрожжей при этом изменяется, и клетка превращается в аску (сумку).

Аскоспоры чаще имеют сферическую форму, но могут быть овальными, иметь форму шляпы с полями, бобовидную, игловидную, булавовидную, сатурноподобную и др. Споры обладают более толстой и прочной стенкой, чем вегетативные клетки. Они более устойчивы к неблагоприятным внешним условиям -- температуре, высушиванию, однако менее термостабильны по сравнению с бактериальными спорами и погибают при температуре 60С. В оптимальных условиях на свежей питательной среде с глюкозой аскоспоры прорастают. При этом происходит слияние -- копуляция двух аскоспор или двух вегетативных клеток, проросших из аскоспор. Образуется зигота и в клетках восстанавливается диплоидный набор хромосом. Установлено, что копулирующие аскоспоры (или клетки) обычно принадлежат разным аскам (гетероталличные).

Половым путем размножаются некоторые виды гаплоидных дрожжей. Перед спорообразованием такие гаплоидные клетки сливаются, в них происходят последовательные процессы плазмогамии (слияние цитоплазмы двух клеток) и кариогамии (слияние ядер). Образуется зигота, диплоидное ядро которой делится путем мейоза и дает начало четырем или восьми гаплоидным аскоспорам (иногда 18--20). Споры прорастают в гаплоидные клетки, которые дальше размножаются вегетативным способом.

Общая характеристика и морфология дрожжеподобных грибов

Дрожжеподобными называют грибы, способные существовать как в виде одиночных клеток, так и в виде мицелия. На плотных средах такие грибы образуют слизистые и пастообразные колонии с ворсинчатым краем, окруженные ореолом субстратного мицелия (рис. 1).

Рис. 1. Колонии «истинных» дрожжей, не образующих мицелия

Колонии дрожжеподобных грибов: вокруг колоний виден ореол субстратного мицелия

Соотношение мицелиальной и одноклеточной фаз у разных видов дрожжеподобных грибов может варьировать в зависимости от условий или от стадии жизненного цикла. Многие грибы могут существовать в разных морфологических формах: одноклеточной или мицелиальной, поэтому их называют также диморфными. У многих видов диморфных грибов анаморфная стадия представлена одиночными клетками, а телеоморфная - истинным мицелием, на котором формируются структуры полового размножения - аски у аскомицетовых или телиоспоры у базидиомицетовых.

Рис. 2. Endomyces: 1 - мицелий и псевдомицелий, 2 - аски со спорами.

У Endomyces хорошо развитый истинный мицелий, легко распадающийся на артроспоры (рис. 2). На мицелии также могут формироваться бластоконидии в виде коротких цепочек. Иногда образуются хламидоспоры. Почкующиеся клетки отсутствуют. Половой процесс - копуляция гаметангиальных концов гиф. Аски круглые, овальные или булавовидные, тонкостенные, открываются отверстием на вершине, содержат 2-12 аскоспор. Аскоспоры эллипсоидальные, уплощенные с одной стороны или шлемовидные за счет смещенного слизистого ободка. Паразитируют на других грибах. Аспорогенные формы классифицируются в роде Geotrichum. К роду Endomyces очень близки некоторые другие редкие роды дрожжеподобных микопаразитических грибов: Helicogonium, Myriogonium, Phialoascus, Trichomonascus.

У Galactomyces обильный истинный мицелий, распадающийся на артроспоры, почкующиеся клетки отсутствуют (рис. 3). Половой процесс - копуляция гаметангиев, которые образуются латерально на часто септированном мицелии. В месте копуляции двух гаметангиев, расположенных с противоположных сторон септы, образуется аск. Аски сферические, содержащие одну, редко две аскоспоры, которые освобождаются после разрушения стенки аска. Аскоспоры круглые, коричневатые, толстостенные, покрытые экзоспориумом и с экваториальной бороздкой. Брожение слабое или отсутствует. Анаморфные стадии классифицируется в роде Geotrichum.

Рис. 3. Galactomyces: 1 - мицелий, распадающийся на артроконидии (Geotrichum), 2 - мицелий с асками.

Рис. 4. Arxula: 1 - почкующиеся клетки, 2 - псевдомицелий, 3 - мицелий, распадающийся на артроспоры.

Клетки Arxula овальные или удлиненные (рис. 4). Вегетативное размножение многосторонним истинным почкованием. Формируется обильный псевдомицелий и септированный мицелий. Гифы узкие, слабоветвящиеся, распадающиеся на короткие артроспоры. На гифах могут также формироваться бластоспоры, располагающиеся на коротких зубчиках. Могут сбраживать глюкозу. Способны к росту при низкой активности воды (ксеротолерантные). Виды этого рода первоначально классифицировались в роде Trichosporon.

Рис. 5. Trichosporon: 1 - почкующиеся клетки, 2 - мицелий, распадающийся на артроспоры.

Колонии Trichosporon кремовые, слизистые или сухие. Образуют обильный септированный мицелий, распадающийся на артроспоры (рис. 5). На мицелии могут формироваться также бластоконидии, разветвленные апрессории, в клетках мицелия - эндоспоры. Почкующиеся клетки и псевдомицелий, как правило, отсутствуют. Септы мицелия с долипорами. Не бродят. Преобладающий убихинон Q-9 или Q-10. В гидролизатах клеток присутствует ксилоза. Филогенетически гетерогенный род, который ранее включал виды как аскомицетового, так и базидиомицетового аффинитета. В настоящее время объединяет только анаморфные виды базидиомицетового аффинитета, характеризующиеся обильным образованием артроконидий.

Клетки Candida круглые, овальные или удлиненные, иногда яйцевидные, треугольные или серповидные. Вегетативное размножение истинным почкованием. Могут формировать псевдомицелий или истинный септированный мицелий. Артроконидии не образуют. Самый крупный род среди дрожжевых грибов, включающий около 200 видов (более 20% всех известных видов дрожжей). Представляет собой искусственную, филогенетически гетерогенную группу дрожжевых и дрожжеподобных организмов без полового размножения и каких-либо иных выразительных морфологических признаков. При этом род до недавнего времени объединял даже анаморфы как аскомицетовых, так и базидиомицетовых дрожжей. Развитие хемо- и геносистематики позволило существенно снизить полифилетичность рода Candida, за счет исключения из него видов базидиомицетового аффинитета. Тем не менее, род продолжает оставаться заведомо формальным, объединяя несовершенные виды аскомицетовых дрожжей, известные и подозреваемые телеоморфы которых классифицируются по крайней мере в 16 родах.

Рис. 6. Различные типы псевдомицелия у представителей рода Candida.

Среди представителей рода имеются хорошо известные виды, такие как Candida albicans - возбудитель кандидоза, Candida utilis - широко используемый в биотехнологии, как продуцент дрожжевого белка и различных биологически-активных веществ.

Клетки Pichia от круглых до овальных, иногда сильно вытянутые (рис. 7). Размножение многосторонним почкованием, многие виды образуют примитивный или сложный псевдомицелий с бластоспорами, реже встречается истинный мицелий. Виды гомо- или гетероталличны. Аски образуются непосредственно из одиночных клеток, или же их образованию предшествует конъюгация между различными клетками (гологамия) или между клеткой и почкой (педогамия). Аски могут формироваться также из клеток мицелия или псевдомицелия, но при этом они не бывают раздутыми или игловидными и не располагаются на аскофорах. Аскоспоры шляповидные, полусферические или сферические с ободком. Могут сбраживать сахара. Многовидовой род, включающий около 100 видов, которые филогенетически гетерогенны. Часть видов ранее классифицировалась в роде Hansenula.

Рис. 7. Pichia: 1 - почкующиеся клетки, 2 -псевдомицелий, 3 - истинный мицелий с бластоконидиями, 4 - аски со спорами у разных видов.

Методы изучения дрожжей

Современный период изучения биологического разнообразия характеризуется интенсивным развитием филогенетической систематики, которая направлена на реконструкцию конкретных путей исторического развития организмов. В микробиологии филогенетическая систематика получила мощный импульс развития лишь в самом конце XX в. в связи со сравнительным изучением консервативных нуклеотидных последовательностей в рРНК. У дрожжей такая систематика строится главным образом на изучении двух участков рДНК длиной около 600 нуклеотидных пар: D1/D2 домена на 5'-конце гена, кодирующего 26S рРНК и внутреннего транскрибируемого спейсерного региона (ITS), включающего ген 5.8S рРНК. Считается, что вследствие консервативности этих участков различия между ними прямо пропорциональны филогенетическому расстоянию, степени эволюционного родства. Секвенирование неклеотидных последовательностей рДНК оказалось мощным инструментом для построения филогенетической классификации дрожжей, определения их места в общей системе грибов.

К настоящему времени расшифрованы и помещены в компьютерные банки данных, доступные по сети Интернет, нуклеотидные последовательности рРНК у представителей всех известных видов дрожжей. Это позволяет строить филогенетические деревья, отражающие эволюцию их рибосомальных генов. Оказалось, что группирование дрожжей на основе сходства нуклеотидных последовательностей рРНК во многих случаях не совпадает с группированием по фенотипическим признакам. Многие традиционные признаки, используемые в классификации дрожжей, такие как характеристики вегетативного размножения, форма аскоспор, способность к сбраживанию и ассимиляции сахаров, стали считаться ненадежными, не пригодными для определения филогенетического родства. Секвенирование рРНК (рДНК) сейчас считается необходимым при описании новых видов дрожжей.

Особенно сильное влияние на изучение дрожжей, также как и большинства других групп микроорганизмов, оказало бурное развитие в конце XX в. молекулярной биологии. В современной систематике дрожжей широко используются методы геносистематики, основанные на непосредственном сравнении геномов и секвенировании нуклеотидных последовательностей. Применение единых молекулярно-биологических методов позволило еще больше сблизить подходы к таксономии дрожжевых и мицелиальных грибов, установить связи между дрожжевыми анаморфами и мицелиальными телеоморфами, разработать новые критерии для создания единой филогенетической системы всего царства Mycota. В то же время, новые знания породили и новые научные проблемы, в частности, проблему соотношения новейших молекулярных методов с традиционными, основанными на морфологических и физиологических подходах к изучению дрожжей. Практически полностью расшифрован геном Saccharomyces cerevisiae, что открывает огромные перспективы геномики дрожжей, новые горизонты их биотехнологического использования. Таким образом, наука о дрожжах, проделав более чем полуторавековой путь, продолжает интенсивно развиваться и в XXI в.

Для микроскопического исследования готовят как нативные (неокрашенные), так и окрашенные препараты. Для изучения грибков в тканях проводится патогистологическое исследование.

клеточный дрожжи мицелий спора

Заключение

Дрожжи являются эукариотными организмами. Их строение сходно со строением грибной клетки. Формы, размеры и масса дрожжевых клеток изменяются в зависимости от условий среды, в которой они развиваются, и возраста клеток.

Макроморфологические признаки очень изменчивы и сильно зависят от состава среды и условий культивирования, поэтому они имеют весьма ограниченное значение в систематике дрожжей.

Дрожжевая клетка окружена довольно толстой клеточной стенкой. Внутри расположены многие органеллы: цитоплазматическая мембрана, эндоплазматическая сеть, обособленное ядро, митохондрии, рибосомы, аппарат Гольджи, лизосомы, вакуоли и включения.

В зависимости от условий жизнедеятельности дрожжевые клетки размножаются вегетативно, с помощью аскоспор и половым путем. Вегетативное размножение может происходить почкованием, реже -- делением, почкующимся делением.

Дрожжеподобными называют грибы, способные существовать как в виде одиночных клеток, так и в виде мицелия. На плотных средах такие грибы образуют слизистые и пастообразные колонии с ворсинчатым краем, окруженные ореолом субстратного мицелия. Многие представители дрожжеподобных грибов являются возбудителями ряда грибковых заболеваний у человека.

Список используемой литературы

1. Генкель П.А. Микробиология с основами вирусологии. - М.: Просвещение, 1974.

2. Германов Н.И. Микробиология. - М.: Просвещение, 1967.

3. Лукомская К.А. Микробиология с основами вирусологии. - М.: Просвещение, 1987.

4. Мамонтов С.Г., Захаров В.Б. Общая биология. - М.: Высшая школа, 1996.

5. Медицинская микробиология, вирусология, иммунология: учебник для мед. вузов /Под редакцией Л.Б. Борисова, А.М. Смирновой. - М: Медицина, 1994.

6. Пяткин К.Д., Кривошеий Ю.С. Микробиология: Учебник для мед. институтов. - М: Медицина, 1981.

7. Тимаков В.Д., Левашев В.., Борисов Л.Б. Микробиология: Учебник для мед. институтов. - М: Медицина, 1983.

8. Шлегель Г. Общая микробиология. - М.: Мир, 1987.

Размещено на Allbest.ru