Материал: микробы
Тип Apicomplexa. В классе Sporozoa (споровики) патогенными представителями являются возбудители токсоплазмоза, кокцидиоза, саркоцистоза и малярии(Plasmodium falciparum). Жизненный цикл возбудителей малярии характеризуется чередованием полового размножения (в организме комаров Anopheles) и бесполого (в клетках тканей и эритроцитах человека они размножаются путем множественного деления). Токсоплазмы имеют форму полулуний. Токсоплазмозом человек заражается от животных. Токсоплазмы( Toxoplasma gondii,) в могут передаваться через плаценту и поражать центральную нервную систему и глаза плода. Тип Ciliophora. Патогенный представитель — возбудитель балантидиаза(Balantidium coli ) — поражает толстый кишечник человека. Балантидии имеют многочисленные реснички и поэтому подвижны. Тип Microspora включает микроспоридии — маленькие (0,5—10 мкм) облигатные внутриклеточные паразиты, широко распространенные среди животных и вызывающие у ослабленных людей диарею и гнойно-воспалительные заболевания.
13. Обмен веществ (метаболизм) разных живых организмов имеет сходные механизмы, но у микробов есть ряд особенностей:
-
Благодаря высокой интенсивности метаболизма вес перерабатываемых веществ в 30-40 раз больше веса самого микроорганизма.
-
В питании участвует вся поверхность клетки.
-
Пища перерабатывается выделяемыми ферментами снаружи, а внутрь клетки поступают образовавшиеся после этого более простые соединения.
Бактерии делятся на группы в зависимости от признака, по которому производится классификация:
По типам питания, в основе которых лежит источник азота и углерода, микроорганизмы подразделяются на две группы: автотрофы и гетеротрофы.
Автотрофы (от греческого autos – сам, tropha – питание) способны синтезировать сложные органические вещества, используя для этого простые неорганические соединения. Источником углерода и азота для этих микроорганизмов являются углекислота и другие неорганические соединения углерода, молекулярный азот воздуха и аммонийные соли. За счет этих простых соединений автотрофные микроорганизмы синтезируют белки, жиры, углеводы, витамины, ферменты.
Среди автотрофов (прототрофов) есть хемосинтезирующие, которые получают энергию за счет химических реакций, они лишены фотоситетических пигментов и фотосинтезирующие микроорганизмы, получающие энергию солнечного света и содержащие хлорофилоподобные пигменты.
К автотрофам относится меньшая часть микроорганизмов, большая же часть из них является гетеротрофами.
Гетеротрофы (от греческого heteros – другой, tropha – питание) способны ассимилировать углерод только из органических соединений. Что касается источника азота, то здесь могут быть разные источники. Многие гетеротрофы усваивают азот из аммонийных соединений. Есть представители гетеротрофных микробов, которые в качестве источника азота используют аминокислоты, а некоторые (преимущественно патогенные виды) используют нативный (неизмененный) белок.
-
По используемому источнику энергии:
-
фототрофы – энергия солнечного света; а)хлорофилл- с выделением кислорода (цианобактерий )
б)бактериохлорофилл- кислорода не происходит
-
хемотрофы – энергия окислительно-восстановительных реакций- большенство болезнеторных бактерий (Химические реакции могут быть двух видов: аэробными, с обязательным присутствием кислорода или анаэробными, то есть бескислородными. Процессы первого типа принято называть дыханием, а второго – брожением.)
По типу соединения, служащего донором электронов:
-
органотрофы – органические вещества- Pseudomonas fluorescens
-
литотрофы – неорганические вещества.
По источнику углерода:
-
автотрофы – углекислый газ;неорганика
-
гетеротрофы – органические вещества. паразитов и сапрофитов
Хемоорганоавтотрофы. Окисляют трудноусваиваемые вещества. Например, некоторые представители аминобактерий (Aminobacter), метилобактерий (Methylobacterium), флавобактерий (Flavobacterium), псевдомонад (Pseudomonas).
Хемоорганогетеротрофы. Большинство видов бактерий
Условно можно выделить четыре механизма проникновения питательных веществ в бактериальную клетку: простая диффузия, облегченная диффузия, активный транспорт, транслокация групп. Наиболее простой механизм поступления веществ в клетку простая диффузия, при которой перемещение веществ происходит вследствие разницы их концентрации по обе стороны цитоплазматической мембраны. без затраты энергии. Облегченная диффузия происходит также в результате разницы концентрации веществ по обе стороны цитоплазматической мембраны. Однако этот процесс осуществляется с помощью молекул-переносчиков, локализующихся в цитоплазматической мембране и обладающих специфичностью.. Облегченная диффузия протекает без затраты энергии, вещества перемещаются из области с более высокой концентрацией в область с более низкой. Активный транспорт происходит с помощью пермеаз и направлен на перенос веществ меньшей концентрации в сторону большей, то есть как бы против течения, поэтому данный процесс сопровождается затратой метаболической энергии (АТФ), образующейся в результате окислительновосстановительных реакций в клетке. Перенос (транслокация) групп сходен с активным транспортом, но отличается тем, что переносимая молекула видоизменяется в процессе переноса, например фосфорилируется. Выход веществ из клетки осуществляется за счет диффузии и при участии транспортных систем. 14 Дыхание, или биологическое окисление, основано на окислительно-восстановительных реакциях, идущих с образованием АТФ-универсального аккумулятора химической энергии. Энергия необходима микробной клетке для ее жизнедеятельности. При дыхании происходят процессы окисления и восстановления: окисление — отдача донорами (молекулами или атомами) во-дорода или электронов; восстановление — присоединение водорода или электронов к акцептору. Акцептором водорода или электронов может быть молекулярный кислород (такое дыхание называется аэробным) или нитрат, сульфат, фумарат (такое дыхание называется анаэробным — нитратным, сульфатным, фумаратным). Анаэробиоз (от греч. аег — воздух + bios — жизнь) — жизнедеятельность, протекающая при отсутствии свободного кислорода. Если донорами и акцепторами водорода являются органические соединения, то такой процесс называется брожением. При брожении происходит ферментативное расщепление органических соединений, преимущественно углеводов, в анаэробных условиях. С учетом конечного продукта расщепления углеводов различают спиртовое, молочнокислое, уксуснокислое и другие виды брожения. По отношению к молекулярному кислороду бактерии можно разделить на три основные группы: облигатные, т.е. обязательные, аэробы, облигатные анаэробы и факультативные анаэробы. Методы культивирования анаэробов. Для культивирования анаэробов необходимо понизить окислительно-восстановительный потенциал среды, создать условия анаэробиоза, т. е. пониженного содержания кислорода в среде и окружающем ее пространстве. Это достигается применением физических, химических и биологических методов. Физические методы. Основаны на выращивании микроорганизмов в безвоздушной среде, что достигается: 1) посевом в среды, содержащие редуцирующие и легко окисляемые вещества; 2) посевом микроорганизмов в глубину плотных питательных сред; 3) механическим удалением воздуха из сосудов, в которых выращиваются анаэробные микроорганизмы; 4) заменой воздуха в сосудах каким-либо индифферентным газом. В качестве редуцирующих веществ обычно используют кусочки (около 0,5 г) животных или растительных тканей (печень, мозг, почки, селезенка, кровь, картофель, вата). Эти ткани связывают растворенный в среде кислород и адсорбируют бактерии. Чтобы уменьшить содержание кислорода в питательной среде, ее перед посевом кипятят 10—15 мин, а затем быстро охлаждают и заливают сверху небольшим количеством стерильного вазелинового масла. Высота слоя масла в пробирке около 1 см. В качестве легко окисляемых веществ используют глюкозу, лактозу и муравьинокислый натрий. Лучшей жидкой питательной средой с редуцирующими веществами является среда Китта — Тароцци, для накопления анаэробов при первичном посеве из исследуемого материала и для поддержания роста выделенной чистой культуры анаэробов.
Посев микроорганизмов в глубину плотных сред производят по способу который состоит в механической защите посевов анаэробов от кислорода воздуха. Берут стеклянную трубку длиной 30 см и диаметром 3—6 мм. Один конец трубки вытягивают в капилляр в виде пастеровской пипетки, а у другого конца делают перетяжку. В оставшийся широкий конец трубки вставляют ватную пробку. В пробирки с расплавленным и охлажденным до 50°С питательным агаром засевают исследуемый материал. Затем насасывают засеянный агар в стерильные трубки Виньяль — Вейона. Капиллярный конец трубки запаивают в пламени горелки и трубки помещают в термостат. Так создаются благоприятные условия для роста самых строгих анаэробов. Для выделения отдельной колонии трубку надрезают напильником, соблюдая правила асептики, на уровне колонии,а колонию захватывают стерильной петлей и переносят в пробирку с питательной средой для дальнейшего выращивания и изучения в чистом виде. Удаление воздуха производят путем его механического откачивания из специальных приборов — анаэростатов, в которые помещают чашки с посевом анаэробов. Переносный анаэростат представляет собой толстостенный металлический цилиндр с хорошо притертой крышкой (с резиновой прокладкой), снабженный отводящим краном и вакуумметром. После размещения засеянных чашек или пробирок воздух из анаэростата удаляют с помощью вакуумного насоса. Замену воздуха индифферентным газом (азотом, водородом, аргоном, углекислым газом) можно производить в тех же анаэростатах путем вытеснения его газом из баллона. Химические методы. Основаны на поглощении кислорода воздуха в герметически закрытом сосуде (анаэростате, эксикаторе) такими веществами, как пирогаллол или гидросульфит натрия. Биологические методы. Основаны на совместном выращивании анаэробов со строгими аэробами. Для этого из застывшей агаровой пластинки по диаметру чашки вырезают стерильным скальпелем полоску агара шириной около 1 см. Получается два агаровых полудиска в одной чашке. На одну сторону агаровой пластинки засевают аэроб, например часто используют S. aureus. На другую сторону засевают анаэроб. Края чашки заклеивают пластилином или заливают расплавленным парафином и помещают в термостат. При наличии подходящих условий в чашке начнут размножаться аэробы. После того, как весь кислород в пространстве чашки будет ими использован, начнется рост анаэробов (через 3—4 сут). В целях сокращения воздушного пространства в чашке питательную среду наливают возможно более толстым слоем. Комбинированные методы. Основаны на сочетании физических, химических и биологических методов создания анаэробиоза.
15. Рост и размножение бактерий- Жизнедеятельность бактерий характеризуется ростом — формированием структурно-функциональных компонентов клетки и увеличением самой бактериальной клетки, а также размножением — самовоспроизведением, приводящим к увеличению ко-личества бактериальных клеток в популяции. Бактерии размножаются путем бинарного деления пополам, реже путем почкования. Актиномицеты, как и грибы, могут раз-множаться спорами.,путем фрагментации нитевидных клеток. Грамположительные бактерии делятся путем врастания синтезирующихся перегородок деления внутрь клетки, а грамотрицательные — путем перетяжки, в результате образования гантелевид-ных фигур, из которых образуются две одинаковые клетки. Делению клеток предшествует репликация бактериальной хромосомы по полуконсервативному типу (двуспиральная цепь ДНК раскрывается и каждая нить достраивается комплементарной нитью), приводящая к удвоению молекул ДНК бактериального ядра — нуклеоида. Репликация ДНК происходит в три этапа: инициация, элонгация, или рост цепи, и терминация Размножение бактерий в жидкой питательной среде. Бактерии, засеянные в определенный, не изменяющийся объем питательной среды, размножаясь, потребляют питательные элементы, что приводит в дальнейшем к истощению питательной среды и прекращению роста бактерий. Культивирование бактерий в такой системе называют периодическим культивированием. Если же условия культивирования поддерживаются путем непрерывной подачи свежей питательной среды и оттока такого же объема культуральной жидкости, то такое культивирование называется непрерывным, При выращивании бактерий на жидкой питательной среде наблюдается придонный(стрептококи) диффузный( Yersinia pestis- пленка с тяжами) или поверхностный (в виде пленки(бациллы, микобактерии и вибрионы ) рост культуры. Рост периодической культуры бактерий, выращиваемых на жидкой питательной среде, подразделяют на несколько фаз, или периодов: 1. лаг-фаза; 2. фаза логарифмического роста; 3. фаза стационарного роста, или максимальной концентрации бактерий; 4. фаза гибели бактерий.
Размножение
бактерий на плотной питательной среде.
Бактерии, растущие на плотных
питательных средах, образуют изолированные
колонии округлой формы с ровными или
неровными краями (S- и R-формы), различной
консистенции и цвета, зависящего от
пигмента бактерий. Пигменты, растворимые
в воде, диффундируют в питательную среду
и окрашивают еѐ. Другая группа пигментов
нерастворима в воде, но растворима в
органических растворителях. И, наконец,
существуют пигменты, не растворимые ни
в воде, ни в органических соединениях.
Наиболее распространены среди
микроорганизмов такие пигменты, как
каротины, ксантофиллы и меланины.
Меланины являются нерастворимыми
пигментами черного, коричневого или
красного цвета, синтезирующимися из
фенольных соединений. Меланины наряду
с каталазой, супероксидцисмутазой и
пероксидазами защищают микроорганизмы
от воздействия токсичных перекисных
радикалов кислорода. Если
плотность засева большая, то бактерии
формируют на поверхности агара сплошной
налет – так называемый, «рост газоном»
или «сливной рост».
2.
Если засев проводится таким образом,
что каждая бактериальная клетка лежит
на поверхности агара на большом расстоянии
от других, то, после многократных делений
она формирует изолированную колонию
(говорят еще об «изолированном росте»).
А так, как колония – результат размножения
од-ной клетки, то ее, с некоторыми
допущениями, рассматривают как клональную
культуру. Именно из материала отдельной,
изолированной, колонии в процессе
культурального метода исследования
полу-чают так называемую «чистую
культуру» – культуру, содержащие клетки
только одного вида.
16.
В основе всех метаболических реакций
в бактериальной клетке лежит деятельность
ферментов, которые принадлежат к 6
клас-сам: оксиредуктазы, трансферазы,
гидролазы, лигазы, лиазы, изомеразы.
Ферменты, образуемые бактериальной
клеткой, могут локализоваться как внутри
клетки — эндоферменты.
пищеварительные ферменты, которые
расщепляют сложные питательные вещества
до простых веществ; б) защитные ферменты,
например, пенициллиназа защищает
клеточную стенку от действия антибиотика
пенициллина; в) ферменты
агрессии –
факторы вирулентности патогенных
бактерий; гиалуронидаза –
расщепляет гиалуроновую
кислоту;- дезоксирибонуклеаза –
расщепляет ДНК клеток;- фибринолизин –
расщепляет коллаген;- плазмокоагулаза –
свертывает плазму крови; нейраминидаза –
расщепляет нейраминовую кислоту;)это
экзоферменты. Большинство гидролаз
является экзоферментами, которые,
выделяясь в окружающую среду, расщепляют
крупные молекулы пептидов, полисахаридов,
липидов до мономеров и димеров, способных
проникнуть внутрь клетки. Ряд экзоферментов,
например гиалуронидаза, коллагеназа и
другие, являются ферментами агрессии.
Некоторые ферменты локализованы в
периплазматическом пространстве
бактериальной клетки. Они участвуют в
процессах переноса веществ в бактериальную
клетку.
Идентификация бактерий по
ферментативной активности. Наиболее
часто определяют ферменты класса
гидролаз и оксидоредуктаз, используя
специальные методы и среды. Для определения
протеолитической
активности микроорганизмы засевают в
столбик желатина уколом. Через 3—5 дней
посевы просматривают и отмечают характер
разжижения желатина. При разложении
белка некоторыми бактериями могут
выделяться специфические продукты —
индол, сероводород, аммиак. Для их
определения служат специальные
индикаторные бумажки, ко-торые помещают
между горлышком и ватной пробкой в
пробирку с МПБ или (и) пептонной водой,
засеянными изучаемыми микроорганизмами.
Индол (продукт разложения триптофана)
окрашивает в розовый цвет полоску бумаги
с раствором щавелевой кислоты. Бумага,
пропитанная раствором ацетата свинца,
в присутствии сероводорода чернеет.
Для определения аммиака используют
красную лакмусовую бумажку. Для многих
микроорганизмов таксономическим
признаком служит способность разлагать
определенные углеводы с образованием
кислот и газообразных продуктов. Для
выявления этого используют среды Гисса,
содержащие различные углеводы (глюкозу,
сахарозу, мальтозу, лактозу и маннит).
Для обнаружения кислот в среду добавлен
реактив Андреде, который изменяет свой
цвет от бледно-желтого до красного в
интервале рН 7,2—6,5, поэтому набор сред
Гисса с ростом микроорганизмов называют
«пестрым рядом». Гидролиз мочевины
определяют по выделению аммиака
(лакмусовая бумажка) и подщелачиванию
среды. Для определения нитритов
используют реактив Грисса: Появление
красного
окрашивания свидетельствует о наличии
нитритов.
17. Выведенные из питательной среды новые виды бактерий, свойства которых ещё не определены, называются чистой культурой. После окончательной идентификации их характеристик, бактерии, выведенные из определённого места и в определённое время, получают название штамм. При этом допускается незначительное различие в свойствах, месте или времени выделения штамма одного вида. Чистой культурой называется популяция бактерий одного вида или одной разновидности, выращенная на питательной среде. Многие виды бактерий подразделяют по одному признаку на биологические варианты — биовары. Биовары, различающиеся по биохимическим свойствам, называют хемоварами, по антигенным свойствам — сероварами, по чувствительности к фагу — фаговарами. Методы выделения чистых культур бактерий. Универсальным инструментом для производства посевов является бактериальная петля. Кроме нее, для посева уколом при-меняют специальную бактериальную иглу, а для посевов на чашках Петри — металлические или стеклянные шпатели. Для посевов жидких материалов наряду с петлей используют пастеровские и градуированные пипетки. Первые предварительно из-готовляют из стерильных легкоплавких стеклянных трубочек, которые вытягивают на пламени в виде капилляров. Конец ка-пилляра сразу же запаивают для сохранения стерильности. У пастеровских и градуированных пипеток широкий конец за-крывают ватой, после чего их помещают в специальные пеналы или обертывают бумагой и стерилизуют. 19-20. Бактериофаги — вирусы бактерий, обладающие способностью специфически проникать в бактериальные клетки, репродуцироваться в них и вызывать их растворение (лизис). Взаимодействие фага с бактериальной клеткой. По механизму взаимодействия различают вирулентные и умеренные фаги. Вирулентные фаги, проникнув в бактериальную клетку, автономно репродуцируются в ней и вызывают лизис бактерий. Про-цесс взаимодействия вирулентного фага с бактерией протекает в виде нескольких стадий и весьма схож с процессом взаимодей-ствия вирусов человека и животных с клеткой хозяина. Однако для фагов, имеющих хвостовой отросток с сокращающимся чехлом, он имеет особенности. Эти фаги адсорбируются на поверхности бактериальной клетки с помощью фибрилл хвостового отростка. В результате активации фагового фермента АТФазы происходит сокращение чехла хвостового отростка и внедрение стержня в клетку. В процессе «прокалывания» клеточной стенки бактерии принимает участие фермент лизоцим, находящийся на конце хвостового отростка. Вслед за этим ДНК фага, содержащаяся в головке, проходит через полость хвостового стержня и активно впрыскивается в цитоплазму клетки.. После биосинтеза фаговых компонентов и их самосборки Под действием фагового лизоцима и внутриклеточного осмотического давления происходит разрушение клеточной стенки, выход фагового потомства в окружающую среду и лизис бактерии. Взаимодействие фагов с бактериальной клеткой характеризуется определенной степенью специфичности. По специфичности действия различают поливалентные фаги, способные взаимодействовать с родственными видами бактерий, моновалентные фаги, взаимодействующие с бактериями определенного вида, и типовые фаги, взаимодействующие с отдельными вариантами (типами) данного вида бактерий. Умеренные фаги лизируют не все клетки в популяции, с частью из них они вступают в симбиоз, в результате чего ДНК фага встраивается в хромосому бактерии. В таком случае геномом фага называют профаг. Профаг, ставший частью хромосомы клетки, при ее размножении реплицируется синхронно с геном бактерии, не вызывая ее лизиса, и передается по наследству от клетки к клетке неограниченному числу потомков. Биологическое явление симбиоза микробной клетки с умеренным фагом (профагом) называется лизогенией, а культура бакте-рий, содержащая профаг, получила название лизогенной. Практическое применение фагов. Бактериофаги используют в лабораторной диагностике инфекций при внутривидовой идентификации бактерий, т. е. определении фаговара (фаготипа). Для этого применяют метод фаготипирования, основанный на строгой специфичности действия фагов: на чашку с плотной питательной средой, засеянной «газоном» чистой культурой возбудителя, наносят капли различных диагностических типоспецифических фагов. Фаговар бактерии определяется тем типом фага, который вызвал ее лизис (образование стерильного пятна, «бляшки», или «негативной колонии», фага). Методику фаготипирования используют для выявления источника и путей распространения инфекции (эпидемиологическое маркирование). Выделение бактерий одного фаговара от разных больных указывает на общий источник их заражения. По содержанию бактериофагов в объектах окружающей среды (например, в воде) можно судить о присутствии в них соответствующих патогенных бактерий. Подобные исследования проводят при эпидемиологическом анализе вспышек инфекционных болезней. Фаги применяют также для лечения и профилактики ряда бактериальных инфекций. Производят брюшнотифозный, сальмонеллезный, дизентерийный, синегнойный, стафилококковый, стрептококковый фаги и комбинированные препараты (колипротейный, пиобактериофаги и др). Бактериофаги назначают по показаниям перорально, парентерально или местно в виде жидких, таблети-рованных форм, свечей или аэрозолей. Бактериофаги широко применяют в генной инженерии и биотехнологии в качестве векторов для получения рекомбинантных ДНК. Выделение фага из объектов окружающей среды
Для получения вирулентного фага готовят фильтрат, пропуская исходный материал (вода, суспензия фекалий и др.) через бактериальные фильтры. Фильтрат вместе с соответствующей бактериальной культурой засевают в бульон и инкубируют при 37 °С в течение 18 - 24 ч. После лизиса культуры оставшиеся бактериальные клетки удаляют центрифугированием или фильтрацией через бактериальный фильтр. Наличие фага в фильтрате определяют качественными и количественными методами.[3]
Качественный метод определения фагов E.coli
Чашку Петри с питательным агаром засевают суточной бульонной культурой кишечной палочки газоном и подсушивают при 37 °С в течение 10—15 мин. Затем на поверхность газона наносят каплю фага и наклоняют так, чтобы капля стекла к противоположному краю. После суточной инкубации в термостате просматривают чашку, отмечая наличие зоны лизиса по месту стекания капли фага.[3]
Количественный метод - определение титра фага по методу Грациа
готовят смесь из следующего разведения фага (10-6) с бактериями и полужидким агаром и выливают на поверхность агара в другой чашке, затем - из разведения 10-5. После застывания второго слоя агара чашки инкубируют при 370 С, затем подсчитывают число негативных колоний фага. Число этих колоний соответствует количеству фаговых частиц в засеянной смеси. Исходя из него, можно вычислить количество пятнообразующих единиц в 1 мл исходной суспензии фага. Эта величина, характеризующая концентрацию фага, называется его титром Фенотипические проявления фаговой конверсии очень разнообразны. Ею обусловлена способность к синтезу токсинов у Clostridium botulinum, Clostridium tetani, Corynebacterium diphtheriae и Corynebacterium ulcerans, изменение фаготипов и продукция гемолизинов у Staphylococcus aureus, синтез новых компонентов антигенов у различных групп Salmonella.
22.
генотип.фенотип. наследственность
23. Изменчивость микроорганизмов подразделяется на наследственную, обусловленную генотипическими изменениями, и ненаследственную (фенотипическую). Фенотипические изменения При фенотипической изменчивости микробы, образовавшиеся из одной материнской клетки, могут различаться между собой по ферментативной активности, морфологическим признакам, потребности в источниках питания. К фенотипической изменчивости относятся: Адаптация – приспособление микроорганизмов к новым условиям среды. Диссоциация – культурная изменчивость, когда, например, из засеянной на плотную среду чистой культуры вырастают резко отличающиеся по морфологической структуре колонии (тип S – гладкие, тип R – шероховатые, тип M – слизистые). Модификация – изменение микроорганизмов под влиянием условий среды. Изменяются только фенотипические (внешние) признаки (форма, размеры, цвет колоний). Модификация наблюдается в нормальных условиях жизни, это реакция на внешние раздражения, не связанные с нарушением физиологических процессов в организме. Модификационные изменения легко исчезают при устранении условий, их вызвавших.
Наследственная (генотипическая) изменчивость, связанная с мутациями, — мутационная изменчивость. Основу мутации со-ставляют изменения последовательности нуклеотидов в ДНК, полная или частичная их утрата, т. е. происходит структурная перестройка генов, проявляющаяся фенотипически в виде измененного признака. Наследственная изменчивость, связанная с рекомбинациями, называется рекомбинационной изменчивостью. Мутации – внезапные, скачкообразные изменения генов. Процесс мутирования генов приводит к таким изменениям, которые передаются по наследству и сохраняются даже тогда, когда вызвавший их фактор перестает действовать.
24. мутации
25 Рекомбинация
Конъюгация бактерий состоит в переходе генетического материала (ДНК) из клетки-донора («мужской») в клетку-реципиент («женскую») при контакте клеток между собой. F-фактор располагается в цитоплазме в виде кольцевой двунитчатой молекулы ДНК, т. е. является плазмидой. Молекула F-фактора значительно меньше хромосомы и содержит гены, контролирующие процесс конъюгации, в том числе синтез F-пилей. При конъюгации F-пили соединяют «мужскую» и «женскую» клетки, обеспечивая переход ДНК через конъюгационный мостик или F-пили. Переносимая ДНК взаимодействует с ДНК реципиента — происходит гомологичная рекомбинация. Прерывая процесс конъ-югации бактерий, можно определять последовательность расположения генов в хромосоме. Иногда F-фактор может при выходе из хромосомы захватывать небольшую ее часть, образуя так называемый замещенный фактор — F'. Трансдукция — передача ДНК от бактерии-донора к бактерии-реципиенту при участии бактериофага. Различают неспецифическую (общую) трансдукцию, при которой возможен перенос любого фрагмента ДНК донора, и специфическую — перенос определенного фрагмента ДНК донора только в определенные участки ДНК реципиента. Неспецифическая трансдукция обусловлена включением ДНК донора в головку фага дополнительно к геному фага или вместо генома фага (дефектные фаги). Специфическая трансдукция обусловлена замещением некоторых генов фага генами хромосомы клетки-донора. Фаговая ДНК, несущая фрагменты хромосомы клетки-донора, включается в строго определенные участки хромосомы клетки-реципиента. Таким образом, привносятся новые гены и ДНК фага в виде профага репродуцируется вместе с хромосомой, т.е. этот процесс сопровождается лизоге-нией. Трансформация заключается в том, что ДНК, выделенная из бактерий в свободной растворимой форме, передается бактерии-реципиенту. При трансформации рекомбинация происходит, если ДНК бактерий родственны друг другу. В этом случае возможен обмен гомологичных участков собственной и проникшей извне ДНК.
26+22 вопрос(2 фото) Плазмиды бактерий, Плазмиды — внехромосомные мобильные генетические структуры бактерий, представляющие собой замкнутые кольца двунитчатой ДНК, способны автономно копироваться (реплицироваться) и существовать в цитоплазме клетки, поэтому в клетке может быть несколько копий плазмид. Плазмиды могут включаться (интегрировать) в хромосому и реплицироваться вместе с ней. Различают трансмиссивные и нетрансмиссивные плазмиды. Трансмиссивные (конъюгативные) плазмиды могут передаваться из одной бактерии в другую. Среди фенотипических признаков, сообщаемых бактериальной клетке плазмидами, можно выделить следующие: 1) устойчивость к антибиотикам; 2) образование колицинов; 3) продукция факторов патогенности; 4) способность к синтезу антибиотических веществ; 5) расщепление сложных органических веществ; 6) образование ферментов рестрикции и модификации. Они несут гены, не обязательные для клетки-хозяина, придают бактериям дополнительные свойства, которые в определенных условиях окружающей среды обеспечивают их временные преимущества по сравнению с бесплазмидными бакте-риями. Некоторые плазмиды находятся под строгим контролем. Или слабым контролем, Для характеристики плазмидных реплико-нов их принято разбивать на группы совместимости. Несовместимость плазмид связана с неспособностью двух плазмид стабильно сохраняться в одной и той же бактериальной клетке. Несовместимость свойственна тем плазмидам, которые обладают высоким сходством репликонов, поддержание которых в клетке регулируется одним и тем же механизмом. Некоторые плазмиды могут обратимо встраиваться в бактериальную хромосому и функционировать в виде единого репликона. Такие плазмиды называются интегративными или эписомами. У бактерий различных видов обнаружены R-плазмиды, несущие гены, ответственные за множественную устойчивость к лекарственным препаратам — антибиотикам, сульфаниламидам и др., F-плазмиды, или половой фактор бактерий, определяющий их способность к конъюгации и образованию половых пилей, Ent-плазмиды, детерминирующие продукцию энтеротоксина. Плазмиды могут определять вирулентность бактерий, например возбудителей чумы, столбняка, Плазмиды подвержены рекомбинациям, мутациям, могут быть элиминированы (удалены) из бактерий, широко используются в генетической инженерии для получения рекомбинантных штаммов.
28. Молекулярно-биологические методы, используемые в диагностике инфекционных болезней (ПЦР, рестрикционный анализ и др.). Полимеразная цепная реакция позволяет обнаружить микроб в исследуемом материале по наличию в нем ДНК микроба без выделения последнего в чистую культуру. Для проведения этой реакции из исследуемого материала выделяют ДНК. Обнаружение гена осуществляют его накоплением. Для этого необходимо иметь праймеры комплементарного З'-концам ДНК. исходного гена. Накопление (амплификация) -Выделенную из исследуемого материала ДНК нагревают. При этом ДНК распадается на 2 нити. Добавляют праймеры. Смесь ДНК и праймеров охлаждают. При этом праймеры, при наличии в смеси ДНК искомого гена, связываются с его комплементарными участками. Затем к смеси ДНК и праймера добавляют ДНК-полимеразу и нуклеотиды. Устанавливают температуру, оптимальную для функционирования ДНК-полимеразы. В этих условиях, в случае комплементарное™ ДНК гена и праймера, происходит присоединение нуклеотидов к З'-концам праймеров, в результате чего синтезируются две копии гена. После этого цикл повторяется снова, при этом количество ДНК гена будет увеличиваться каждый раз вдвое. Проводят реакцию в специальных приборах — амплификаторах. Рестрикционный анализ. Данный метод основан на применении ферментов, носящих название рестриктаз. Рестриктазы представляют собой эндонуклеазы, которые расщепляют молекулы ДНК, разрывая фосфатные связи не в произвольных местах, а в определенных последовательностях нуклеотидов. Особое значение для методов молекулярной генетики имеют рестриктазы, которые узнают последовательности, обладающие центральной симметрией и считывающиеся одинаково в обе стороны от оси симметрии. Точка разрыва ДНК может или совпадать с осью симметрии, или быть сдвинута относительно нее. Если выделенную из конкретного микроба ДНК обработать определенной рестриктазой, то это приведет к образованию строго определенного количества фрагментов ДНК фиксированного размера. Размер каждого типа фрагментов можно узнать с помощью электрофореза в агарозном геле: мелкие фрагменты перемещаются в геле быстрее, чем более крупные фрагменты, и длина их пробега больше. Гель окрашивают бромистым этидием и фотографируют в УФ-излучении. Таким образом можно получить рестрикционную карту определенного вида микробов. Сопоставляя карты рестрикции ДНК, выделенных из различных штаммов, можно определить их генетическое родство, выявить принадлежность к определенному виду или роду, а также обнаружить участки, подвергнутые мутациям. Этот метод используется также как начальный этап метода определения последовательности нуклеотидных пар (секвенирования) и метода молекулярной гибридизации. Метод молекулярной гибридизации.позволяет выявить степень сходства различных ДНК. Применяется при идентификации микробов для определения их точного таксономического положения.
Метод основан на способности двух цепочечной ДНК при повышенной температуре (90 °С) в щелочной среде денатурировать, т. е. расплетаться на две нити, а при понижении температуры на 10 °С вновь восстанавливать исходную двухцепочечную структуру. Метод требует наличия молекулярного зонда. Зондом называется одноцепочечная молекула нуклеиновой кислоты, меченная радиоактивными нуклидами, с которой сравнивают исследуемую ДНК. Для проведения молекулярной гибридизации исследуемую ДНК расплетают указанным выше способом, одну нить фиксируют на специальном фильтре, который затем помещают в раствор, содержащий радиоактивный зонд. Создаются условия, благоприятные для образования двойных спиралей. В случае наличия комплементарности между зондом и исследуемой ДНК, они образуют между собой двойную спираль. Риботипирование и опосредованная транскрипцией амплификация рибосомальной РНК. Последовательность нуклеотидных оснований в оперонах, кодирующих рРНК, отличается консервативностью, присущей каждомувиду бактерий. Эти опероны представлены на бактериальной хромосоме в нескольких копиях. Фрагменты ДНК, полученные после обработки ее рестриктазами, содержат последовательности генов рРНК, которые могут быть обнаружены методом молекулярной гибри-дизации с меченой рРНК соответствующего виды бактерий. Количество и локализация копий оперонов рРНК и рестрикционный состав сайтов как внутри рРНК-оперона, так и по его флангам варьируют у различных вида бактерий. На основе этого свойства построен метод риботипирования, который позволяет производить мониторинг выделенных штаммов и определение их вида. В настоящее время риботипирование проводится в автоматическом режиме в специальных приборах. Опосредованная транскрипцией амплификация рРНК используется для диагностики смешанных инфекций. Этот метод основан на обнаружении с помощью молекулярной гибридизации амплифицированных рРНК, специфичных для определенного вида бактерий. Исследование проводится в три этапа: 1. Амплификация пула рРНК на матрице выделенной из исследуемого материала ДНК при помощи ДНК-зависимой РНК-полимеразы. 2. Гибридизация накопленного пула рРНК с комплементарными видоспецифическим рРНК олигонуклеотидами, меченными флюорохромом или ферментами. 3. Определение продуктов гибридизации методами денситометрии, иммунофермент-ного анализа (ИФА). Реакция проводится в автоматическом режиме в установках, в которых одномоментное определение рРНК, принадлежащих различным видам бактерий, 29. Антибиотики — химиотерапевтические вещества, продуцируемые микроорганизмами, животными клетками, растениями, а также их производные и синтетические продукты, которые обладают избирательной способностью угнетать и задерживать рост микроорганизмов, а также подавлять развитие злокачественных новообразований.. В основу главной классификации антибиотиков положено их химическое строение. Наиболее важными классами синтетических антибиотиков являются хинолоны и фторхинолоны (например, ципрофлоксацин), сульфаниламиды (сульфадиметоксин), имидазолы (метронидазол), нитрофураны (фурадонин, фурагин). По спектру действия антибиотики делят на пять групп в зависимости от того, на какие микроорганизмы они оказывают воз-действие. Кроме того, существуют противоопухолевые антибиотики, продуцентами которых также являются актиномицеты. Каждая из этих групп включает две подгруппы: антибиотики широкого и узкого спектра действия. К антибиотикам широкого спектра действия относятся аминогликозиды, тетрациклины и др.. В отдельные группы выделяют противотуберкулезные, противолепрозные, противосифилитические препараты. Противогрибковые антибиотики включают значительно меньшее число препаратов. Широким спектром действия обладает, например, амфотерицин В, эффективный при кандидозах, бластомикозах, аспергиллезах; в то же время нистатин, действующий на грибы рода Candida, является антибиотиком узкого спектра действия. Антипротозойные и антивирусные антибиотики насчитывают небольшое число препаратов. Противоопухолевые антибиотики представлены препаратами, обладающими цитотоксическим действием. Большинство из них применяют при многих видах опухолей, например митоми-цин С. В зависимости от механизма действия различают пять групп антибиотиков: 1. антибиотики, нарушающие синтез клеточной стенки( β-лактамы. они самой высокой избирательностью действия: они убивают бактерии и не оказывают влияния на клетки микроорганизма, так как последние не имеют главного компонента клеточной стенки бактерий — пептидогликана.); 2. антибиотики, нарушающие молекулярную организацию и синтез клеточных мембран. ( полимиксины, полиены)3. антибиотики, нарушающие синтез белка; это наиболее многочисленная группа препаратов. ( аминогликозиды, тетрациклины, макролиды, левомицетин, вызывающие нарушение синтеза белка на разных уровнях) 4. антибиотики — ингибиторы синтеза нуклеиновых кислот. ( хинолоны нарушают синтез ДНК, рифампицин — синтез РНК); 5. антибиотики, подавляющие синтез пуринов и аминокислот. (сульфаниламиды). Источники антибиотиков. Основными продуцентами природных антибиотиков являются микроорганизмы, которые, находясь в своей естественной среде (в основном, в почве), синтезируют антибиотики в качестве средства выживания в борьбе за существование. • Актиномицеты(особенно стрептомицеты) — ветвящиеся бактерии. (80 %). • Плесневые грибы— синтезируют природные бета-лактамы (грибы рода Cephalosporiumи Penicillium)Hфузидиевую кислоту. • Типичные бактерии— например, эубактерии, бациллы, псевдомонады — продуцируют бацитрацин, полимиксины и другие вещества, обладающие антибактериальным действием. Способы получения. Существует три основных способа получения антибиотиков: • биологическийсинтез (так получают природные антибиотики — натуральные продукты ферментации, когда в оптимальных условиях культивируют микробы-продуценты, которые выделяют антибиотики в процессе своей жизнедеятельности); • биосинтезс последующими химическими модификациями(так создают полусинтетические антибиотики). Сначала путем биосинтеза получают природный антибиотик, а затем его первоначальную молекулу видоизменяют путем химических модификаций, например присоединяют определенные радикалы, в результате чего улучшаются противомикробные и фарма-кологические характеристики препарата; • химическийсинтез (так получают синтетические аналоги природных антибиотиков, например хлорамфеникол/левомицетин). Наиболее частыми осложнениями антимикробной химиотерапии являются: Токсическое действие препаратов.. Побочное токсическое влияние может проявляться как нейротоксическое (например, гликопептиды и аминогликозиды оказывают ототоксическое действие, вплоть до полной потери слуха за счет воздействия на слуховой нерв); нефротоксическое (полиены, полипептиды, аминогликозиды, макролиды, гликопептиды, сульфаниламиды); общетоксическое (противогрибковые препараты — полиены, имидазолы); угнетение кроветворения (тетрациклины, сульфаниламиды, левомицетин/хлорамфеникол, который содержит нитробензен — супрессор функции.костного мозга); тератогенное [аминогликозиды, тетрациклины нарушают развитие костей, хрящей у плода и детей, формирование зубной эмали (коричневая окраска зубов) Эндотоксический шок (терапевтический). Это явление, которое возникает при лечении инфекций, вызванных грамотрицательными бактериями. Введение антибиотиков вызывает гибель и разрушение клеток и высвобождение больших количеств эндотоксина. Применение антимикробных химиопрепа-ратов оказывает на микробы не только прямое угнетающее или губительное воздействие, но также может привести к формированию атипичных форм микробов (например, к образованию L-форм бактерий или изменению других свойств микробов, что значительно затрудняет диагностику инфекционных заболеваний) и персистирующих форм микробов. 30.Антибиотикорезистентность — это устойчивость микробов к антимикробным химиопрепаратам. Бактерии следует считать резистентными, если они не обезвреживаются такими концентрациями препарата, которые реально создаются в макроорганизме. Резистентность может быть природной и приобретенной. Природная устойчивость. Некоторые виды микробов природно устойчивы к определенным семействам антибиотиков или в результате отсутствия соответствующей мишени. Приобретенная устойчивость. Приобретение резистентности — это биологическая закономерность, связанная с адаптацией микроорганизмов к условиям внешней среды. Она, хотя и в разной степени, справедлива для всех бактерий и всех анти-биотиков. К химиопрепаратам адаптируются не только бактерии, но и остальные микробы — от эукариотических форм (простейшие, грибы) до вирусов. Проблема формирования и распространения лекарственной резистентности микробов особенно значима для внутрибольничных инфекций, вызываемых так называемыми «госпитальными штаммами», принципов рациональной антибиотикотерапии (антимикробной химиотерапии): • Микробиологический принцип. • Фармакологический принцип. Учитывают особенности препарата — его фармакокинетику и фармакодинамику • Клинический принцип Эпидемиологический принцип.
31.Инфекция Термин инфекцияили синоним инфекционный процесс обозначает совокупность физиологических и патологических восста-новительно-приспособительных реакций, возникающих в восприимчивом макроорганизме при определенных условиях окру-жающей внешней среды в результате его взаимодействия с проникшими и размножающимися в нем патогенными или условно-патогенными бактериями, грибами и вирусами и направленных на поддержание постоянства внутренней среды макроорганизма. Возникновение, течение и исход инфекционного процесса определяются тремя группами факторов: 1) количественные и качественные характеристики микроба — возбудителя инфекционного процесса; 2) состояние макроорганизма, степень его восприимчивости к микробу; 3) действие физических, химических и биологических факторов окружающей микроб и макроорганизм внешней среды, которая и обуславливает 29
возможность установления контактов между представителями разных видов, общность территории обитания разных видов, Для инфекционного заболевания характерны определенные стадии развития: 1. Инкубационный период — время, которое проходит с момента заражения до начала клинических проявлений болезни. В зависимости от свойств возбудителя, иммунного статуса макроорганизма, характера взаимоотношений между макро- и микроорганизмом инкубационный период может колебаться от нескольких часов до нескольких месяцев и даже лет; 2. Продромальный период — время появления первых клинических симптомов общего характера, неспецифических для данного заболевания, например слабость, быстрая утомляемость, отсутствие аппетита и т. д.; 3. Период острых проявлений заболевания — разгар болезни. В это время проявляются типичные для данного заболевания симптомы: температурная кривая, высыпания, местные поражения и т. п.; 4. Период реконвалесценции — период угасания и исчезновения типичных симптомов и клинического выздоровления.
Не всегда клиническое выздоровление сопровождается освобождением макроорганизма от микроорганизмов. 32-33. Патогенность — видовой признак, передающийся по наследству, закрепленный в геноме микроорганизма, в процессе эволюции паразита, т. е. это генотипи-ческий признак, отражающий потенциальную возможность микроорганизма проникать в макроорганизм (инфективность) и размножаться в нем (инвазионность), вызывать комплекс патологических процессов, возникающих при заболевании. Фенотипическим признаком патогенного микроорганизма является его вирулентность, т.е. свойство штамма, которое проявляется в определенных условиях (при изменчивости микроорганизмов, изменении восприимчивости макроорганизма и т.д.). Вирулентность можно повышать, понижать, измерять, т.е. она является мерой патогенности. Количественные показатели вирулентности могут быть выражены в DLM (минимальная летальная доза), DL« (доза, вызывающая гибель 50 % экспериментальных животных) К факторам патогенности относят способность микроорганизмов прикрепляться к клеткам (адгезия), размещаться на их поверхности (колонизация), проникать в клетки( Пенетрация ),попадание в подлижащие ткани (инвазия)и противостоять факторам защиты организма (агрессия). За единицу измерения вирулентности условно приняты летальная и инфицирующая дозы. Минимальная смертельная доза (DLM) – это наименьшее количество живых микробов или их токсинов, вызывающее за определенный срок гибель большинства животных одного вида, взятых в опыт. Поскольку индивидуальная чувствительность животных к патогенному микробу (токсину) различна, то была введено понятие безусловно смертельная доза (DCL) - это наименьшее количество микроорганизмов, вызывающая гибель 100% зараженных животных. Наиболее точная единица вирулентности средняя летальная доза (LD50) – это наименьшее количество микроорганизмов (токсинов), вызывающая гибель половины животных в опыте. утрачивают свою токсичность, но сохраняют иммуногенное свойство. Такие токсины получили название анатоксины и применяются для профилактики заболевания столбняка, гангрены, ботулизма, дифтерии, а также используются в виде антигенов для иммунизации животных с целью получения анатоксических сывороток. Эндотоксины стимулируют синтез интерферонов, активируют систему комплемента по классическому пути, обладают аллергическими свойствами. 33. Токсины бактерий, их природа, свойства, получение.
Токины бактерий – продукты метаболизма, оказывающие непосредственное токсическое воздействие на специфические клетки макроорганизма, либо опосредованно вызывающие развитие симптомов интоксикации в результате индукции ими образования биологически активных веществ.
По физико-химической структуре и биологическим свойствам токсины бактерий делятся на 2 группы: белковые токсины и эндотоксины(белковолипополисахприды.
По степени связи с бактериальной клеткой белковые бактериальные токсины подразделяют на три класса:
Класс А– секретируемые во внешнюю (дифтерийный гистотоксин, дермонекротксин, холероген холерного вибриона);
Класс В– токсины, частично связанные с микробной клеткой и частично секретируемые в окружающую среду (столбнячный тетаноспазмин, ботулинистический нейротоксин);
Класс С– токсины, связанные с микробной клеткой и попадающие в окружающую клетку среду лишь в результате ее гибели (дизинтерийный шигатоксин).
По строению белковые токсины делятся на простые и сложные. Простые токсины представляют собой активную бифункциональную В-А структуру. Часть В необладает токсичностью. Это природный анатоксн, который выполняет транспортную функцию, образуя канал в цитоплазматической мембране клетки и обусловливает проникновение токсической группы А или активатора в цитоплазму клетки. Сложные токсины представляют собой сложную бифункциональную структуру, состоящую из одной или нескольких В-субъединиц, соединенных с А-субъединицей, как, например холерный энтеротоксин, у которого субъединица А окружена пятью абордажными В-субъединицами.
По механизму действия токсины делят на 5 групп:
-
токсины, повреждающие клеточные мембраны. Такие повреждения вызывают не только лизис клеток, но и способствуют распространению бактерий в макроорганизме (альфа-токсинCl.Perfringens, гемолизинE.coli, пневмолизинS.pneumoniae, О-стрептолизинS.pyogenes, альфа-токсин S.aureus;
-
токсины, ингибирующие синтез белка(дифтерийный гистотоксин, дизентерийный шигатоксин). Данные токсины нарушают синтез белка не только в эпителиоцитах, но и в других клетках, что приводит к развитию гемолитического уремического синдрома;
-
токсины, активирующие пути метаболизма, контролируемые вторичными посредниками мессенджерами(термолабильный и термостабильный токсиныE.coli, отечный факторB.Anthracis, коклюшный и дерматонекротический токсиныB.Pertussis, холерный энтеротоксин –нарушает всасывание ионов натрия, калия и воды);
-
протеазы(ботулинический и столбнячный нейротокины, сибиреязвенный летальный фактор). Ботулотоксин связывается с рецепторами на поверхности пресинаптической мембраны двигательных нейронов переферической нервной системы и вызывает протеолиз белков в нейронах. Это приводит к ингибированию секреции ацетилхолина, что препятствует мышечным сокращениям и проявляется развитием вялых параличей переферических нервов
-
активаторы иммунного ответа(токсин синдрома токсического шока, энтеротоксины и эксфолиативные токсиныS.aureus, пирогенные экзотоксиныS.pyogenes). Например, токсин синдрома токсического шока ведет к массивной пролиферации Т-клеток, сопровождающейся образованием большого количества лимфоцитарных и моноцитарных цитокинов.
Способ определения токсичности среды включает определение показателей роста тест-культур в контроле и опыте. В качестве тест-культур используют микромицеты и предварительно определяют показатель степени угнетения роста тест-культур в опыте по отношению к контролю, % Применение тест-культур все более вытесняет химический анализ, предусматривающий выявление в среде химических токсикантов с применением реагентов, специфичных для обнаружения конкретных химических веществ и соединений. Для выявления в исследуемой среде всех токсикантов химический анализ требует применения большого числа реагентов, что экономически не выгодно, поэтому реально химический анализ не позволяет оценить интегральную токсичность среды, определяемую наличием в среде всех токсикантов с учетом синергетического или антагонистического эффектов, выражающихся в усилении или ослаблении суммарного воздействия токсикантов на человека. 36. Эпидемиологический процесс - совокупность следующих друг за другом случаев инфекционной болезни, непрерывность и закономерность которых поддерживается наличием источника инфекции, факторов передачи и восприимчивостью населения.
А. Источник инфекции. Для изъятия этого звена проводят выявление больных и их изоляцию (в инфекционном стационаре или на дому), а также выявление и санацию носителей возбудителя инфекции.