Бактериальное ядро - дифференцированная структура. В зависимости от стадии развития клетки нуклеоид может быть дискретным (прерывистым) и состоять из отдельных фрагментов. Это связано с тем, что деление бактериальной клетки во времени осуществляется после завершения цикла репликации молекулы ДНК и оформления дочерних хромосом.
В нуклеоиде сосредоточен основной объем генетической информации бактериальной клетки.
Кроме нуклеоида в клетках многих бактерий обнаружены внехромосомные генетические элементы - плазмиды, представленные небольшими кольцевыми молекулами ДНК, способными к автономной репликации
Некоторые бактерии в конце периода активного роста способны образовывать споры. Этому предшествует обеднение среды питательными веществами, изменение ее рН, накопление ядовитых продуктов метаболизма.
По химическому составу различие спор от вегетативных клеток состоит лишь в количественном содержании химических соединений. Споры содержат меньше воды и больше липидов.
В состоянии споры микроорганизмы метаболически неактивны, выдерживают высокую температуру (140-150 °С), воздействие химических дезинфицирующих веществ и длительно сохраняются в окружающей среде. Устойчивость к высокой температуре связана с очень низким содержанием воды и высоким содержанием дипиколиновой кислоты. Попадая в организм человека и животных, споры прорастают в вегетативные клетки. Окраску спор производят специальным методом, который включает предварительное прогревание споры, а также воздействие концентрированных растворов красок при высокой температуре.
У многих видов грамотрицательных бактерий, в том числе у патогенных (шигеллы, сальмонеллы, холерный вибрион и др.) существует особое приспособительное, генетически регулируемое состояние, физиологически эквивалентное цистам, в которое они могут переходить под влиянием неблагоприятных условий и сохранять жизнеспособность до нескольких лет. Главная особенность этого состояния заключается в том, что такие бактерии не размножаются и поэтому не образуют колоний на плотной питательной среде. Такие не размножающиеся, но жизнеспособные клетки получили название некультивируемых форм бактерий (НФБ). Клетки НФБ находящиеся в некультивируемом состоянии, обладают активными метаболическими системами, в том числе системами переноса электронов, биосинтеза белка и нуклеиновых кислот, и сохраняют вирулентность. Их клеточная мембрана более вязкая, клетки обычно приобретают форму кокков, имеют значительно уменьшенные размеры. НФБ обладают более высокой устойчивостью во внешней среде и поэтому могут переживать в ней длительное время (например, холерный вибрион в грязном водоеме), поддерживая эндемическое состояние данного региона (водоема).
Для обнаружения НФБ используют молекулярно-генетические методы (ДНК--ДНК-гибридизация, ЦПР), а также более простой метод прямого подсчета жизнеспособных клеток.
Для этих целей можно использовать также методы цитохимические (образование формазана) или микроауторадиографии. Генетические механизмы, обусловливающие переход бактерий в НС и их реверсию из него, не ясны.
2. Экология микроорганизмов, их роль в круговороте веществ. Микрофлора окружающей среды: почвы, воды, воздуха. Микрофлора тела человека и ее значение
Микроорганизмы обитают во всех природных средах и являются обязательными компонентами любой экологической системы и биосферы в целом.
Качественный и количественный состав микроорганизмов, обнаруживаемых в почве, воде, воздухе, на растениях, пищевых продуктах, в организме человека и животных, различен.
Выяснение экологии микроорганизмов служит основой для понимания явлений паразитизма, природно-очаговых и зоонозных заболеваний, а также для разработки противопаразитических мероприятий в борьбе с различными инфекционными болезнями.
Среди различных процессов превращения веществ в природе, в которых микроорганизмы принимают активное участие, важнейшее значение для осуществления жизни растений, животных и человека на Земле имеют круговорот азота, углерода, фосфора, серы, железа.
Почва является главным резервуаром и естественной средой обитания микроорганизмов, которые принимают участие в процессах формирования и очищения почвы, а также круговорота веществ в природе.
Жизнедеятельность микроорганизмов в почве, их качественный и количественный состав определяется почвенными условиями: наличием питательных веществ, влажностью, аэрацией, реакцией среды, температурой и т.д.
Большое влияние, как на общую численность, так и на соотношение отдельных систематических групп микроорганизмов оказывает тип почвы. Их больше в увлажненной и обработанной почве, меньше в лесной почве, в песках. Наиболее обильна микрофлора в верхнем горизонте почвы глубиной 2,5-15 см. В этом слое протекают основные биохимические процессы превращения органических веществ, обусловленные жизнедеятельностью микроорганизмов. На глубине 4-5 м число микроорганизмов значительно снижается, так как уменьшается количество питательных веществ и ухудшаются условия аэрации.
В составе микрофлоры почвы выделяют следующие группы микроорганизмов:
1) бактерии аммонификаторы, вызывающие гниение трупов животных, остатков растений, разложение мочевины с образованием аммиака и других продуктов;
2) нитрифицирующие бактерии: Nitrobacter и Nitrosomonas (Nitrosomonas окисляют аммиак до азотистой кислоты, образуя нитриты, Nitrobacter превращают азотистую кислоту в азотную и нитраты);
3) азотфиксирующие бактерии: усваивают из воздуха свободный кислород и в процессе своей жизнедеятельности из молекулярного азота синтезируют белки и другие органические соединения азота, используемые растениями;
4) бактерии, участвующие в круговороте серы, железа, фосфора и других;
5) бактерии которые вызывают расщепление клетчатки, брожение (молочнокислые, спиртовые, маслянокислые, уксусные, протионовые и др.).
С выделениями человека и животных, с фекально-бытовыми сточными водами в почву могут попадать патогенные и условно-патогенные микроорганизмы (возбудители грибковых заболеваний, ботулизма, столбняка, газовой гангрены, сибирской язвы, бруцеллеза, лептоспироза, кишечных инфекций и др.).
Микрофлора воды делится на две группы: автохтонную и аллохтонную.
Автохтонная или собственная микрофлора представлена микроорганизмами, постоянно живущими и размножающимися в воде. В состав этой группы входят Micrococcus candicans, Sarcina lutea, Pseudomonas fluorescens, Bacillus cereus и др.
Аллохтонная или заносная микрофлора попадает в открытые водоемы из почвы, воздуха, организмов животных и человека и резко изменяет микробный биоценоз и санитарный режим.
Количественный и качественный состав микрофлоры воды зависит от состава и концентрации минеральных и органических веществ, температуры, рН, скорости движения воды, массивности поступления ливневых, фекально-бытовых и промышленных сточных вод. Особенно богаты микроорганизмами пруды, ручьи, озера густо населенных районов. Состав микроорганизмов различен на поверхности воды и на дне водоемов.
Хотя вода и является неблагоприятной средой для существования условнопатогенных и патогенных микроорганизмов, отдельные их представители способны существовать в ней определенное время, а в некоторых случаях и размножаться. Многие годы в воде могут сохраняться споры возбудителя сибирской язвы, несколько месяцев - энтеровирусы, сальмонеллы, лептоспиры, несколько недель - возбудители холеры, дизентерии, бруцеллы.
Микроорганизмы в воздухе находятся постоянно, несмотря на то, что атмосфера является неблагоприятной средой для их размножения, что обусловлено отсутствием питательных веществ и недостатком влаги. Жизнедеятельность микроорганизмов в воздухе обеспечивают взвешенные частицы воды, слизи, пыли и т.д.
Атмосферный воздух и воздух закрытых помещений значительно различаются по количественному и качественному составу микрофлоры.
Состав микрофлоры атмосферного воздуха зависит от интенсивности солнечной радиации, ветра, метеоосадков, покрова почвы, плотности населения и др. В атмосферном воздухе находятся споры грибов, актиномицетов, бацилл, дрожжи, микрококки, сарцины, стафилококки др.
Обсемененность микроорганизмами воздуха закрытых помещений превышает бактериальную загрязненность атмосферного воздуха. Особенно велико число микроорганизмов в многолюдных общественных помещениях. Воздух закрытых помещений содержит в основном микрофлору дыхательных путей и кожи человека, многие представители которой, могут явиться причиной различных инфекционных заболеваний - гриппа, ангины, кори, скарлатины и др.
Микрофлору человека составляет совокупность микробных биоценозов, встречающихся в организме здоровых людей и сформировавшихся в процессе эволюции. Качественный и количественный состав микрофлоры организма человека меняется в течение жизни и зависит от пола, возраста, питания, климата и др. Кроме того, изменения микробных биоценозов могут быть обусловлены возникновением заболеваний, применением химиотерапевтических и иммунологических средств.
Микроорганизмы заселены в кожные покровы и слизистые оболочки многих органов и полостей, сообщающихся с внешней средой. Кровь, лимфа, внутренние органы, головной и спинной мозг, спинномозговая жидкость стерильны.
Микрофлору организма человека можно условно разделить на две группы: облигатную (или резидентную, аутохтонную) и факультативную (или транзиторную). К облигатной микрофлоре относятся микроорганизмы максимально приспособленные к существованию в организме человека и закономерно встречающиеся в его органах и полостях. Факультативная микрофлора является временной, необязательной и определяется микробной обсемененностью окружающей среды и состоянием резистентности организма человека. В состав резидентной и транзиторной микрофлоры входят сапрофитные и условно-патогенные микроорганизмы.
Поверхность кожи человека, особенно открытые ее части, обсеменены различными микроорганизмами.
Собственная микрофлора кожи человека представлена сарцинами, стафилококками, дифтероидами, некоторыми видами стрептококков, бациллами, грибами и др.
Кроме характерной для кожи микрофлоры здесь могут присутствовать транзиторные микроорганизмы, быстро исчезающие под влиянием бактерицидных свойств кожи. Большой способностью к самоочищению обладает чисто вымытая кожа. Бактерицидность кожи отражает общую резистентность организма.
Неповрежденные кожные покровы для большинства микроорганизмов, в том числе и патогенных, непроницаемы. При нарушении их целостности и понижении резистентности организма могут возникать заболевания кожи.
В ротовой полости имеются благоприятные условия для развития микроорганизмов: наличие питательных веществ, оптимальная температура, влажность, щелочная реакция слюны.
В поддержании качественного и количественного постоянства нормальной микрофлоры полости рта главную роль играет слюна, обладающая антибактериальной активностью за счет содержащихся в ней ферментов (лизоцим, лактоферрин, пероксидаза, нуклеаза) и секреторных иммуноглобулинов.
В ротовой полости обнаруживаются более 100 видов микроорганизмов, большинство из которых аэробы и факультативные анаэробы.
Основная масса микроорганизмов полости рта локализуется в зубном налете. Большое количество микроорганизмов обнаруживается у шейки зуба, в промежутке между зубами и в других участках полости рта, малодоступных обмыванию слюной, а также на слизистых глоточных миндалин. Индивидуальные колебания в качественном и количественном составе микрофлоры полости рта зависят от возраста, диеты, гигиенических навыков, резистентности слизистой оболочки, наличия патологических процессов в зубах и деснах.
Резидентную группу бактерий полости рта составляют стрептококки, непатогенные стафилококки, сапрофитные нейссерии, коринобактерии, лактобациллы, бактероиды, фузиформные бактерии, дрожжеподобные грибы, актиномицеты, микоплазмы, простейшие.
При нормальном функционировании желудка микрофлора в нем почти отсутствует, вследствие кислой реакции желудочного сока и высокой активности гидролитических ферментов. Поэтому в желудке могут быть обнаружены в небольшом количестве кислотоустойчивые виды - лактобактерии, дрожжи.
В двенадцатиперстной и верхних отделах тонкой кишки микроорганизмов встречается мало, несмотря на то, что кислая среда желудка сменяется щелочной. Это объясняется неблагоприятным воздействием на микробы присутствующих здесь ферментов. Тут обнаруживаются энтерококки, молочнокислые бактерии, грибы, дифтероиды. В нижних отделах тонкой кишки, постепенно обогащаясь, микрофлора сближается с микрофлорой толстой кишки.
Микрофлора толстой кишки наиболее разнообразна по числу видов и количеству обнаруживаемых микробов. Микробы составляют 1/3 сухой массы фекалий.
Облигатная микрофлора представлена анаэробными бактериями и факультативными анаэробами.