Прививки от бактерий, фаготерапия. Бактерии ответственны за множество болезней человека. А существенная часть бактерий, населяющих тело человека, в том числе, болезнетворных, содержит CRISPR-системы .. Если научиться правильно на них влиять и эффективно обходить CRISPR-иммунитет, то можно будет бороться с бактериями с помощью их естественных врагов, бактериофагов -- именно этим занимается фаготерапия, но пока, к сожалению, недостаточно успешно для массового применения.
Генная терапия, изменение генома (в перспективе - даже человека!)
3. Споры, капсулы у бактерий. Методы изучения. Некультивируемые и дормантные формы бактерий. Методы обнаружения
Споры бактерий представляют собой бактериальные клетки в состоянии анабиоза и образуются при неблагоприятных условиях внешней среды. Располагаться могут внутри клетки терминально, субтерминально или центрально. В процессе спорообразования клетка почти полностью теряет воду, смарщивается, клеточная стенка уплотняется, появляется новое вещество дипиколинат кальция, которое образует комплексы с биополимерами клетки, устойчивые к действию температуры и ультрофиолетовых лучей. В окружающей среде споры бактерий могут сохраняться годами, но при попадании в благоприятные условия спора впитывает влагу, комплексы распадаются, дипиколинат разрушается и спора превращается в вегетативную клетку. Таким образом, спору следует рассматривать не как способ размножения клетки (как это часто имеет место у грибов), а только как способ существования бактериальной клетки в неблагоприятных условиях. При этом надо запомнить - 1 клетка- 1спора- 1 клетка. Спорообразование характерно в основном для Гр(+) бактерий. У Гр(-) эквивалентом спорообразования является переход в так называемое некультивируемое состояние. В такой форме они могут длительно сохраняться в окружающей среде.
Капсула бактерий - это утолщенный наружный слой клеточной стенки. Капсулы могут быть построены из полисахаридов (пневмококк) или белков 7 (возбудитель сибирской язвы). Большинство бактерий, особенно патогенных, образуют капсулу только в организме человека или животных. Однако, существует род истинно капсульных бактерий (Klebsiella), представители которого образуют капсулу и при культивировании на искусственно питательных средах. Некоторые бактерии могут иметь микрокапсулу, например, эшерихии, или неявно выраженную способность к капсулообразованию - так называемую «нежную капсулу», например, золотистые стафилококки, менингококки. Основное предназначение капсулы - защита бактерий от фагоцитоза.
Методы обнаружения:
1. Наличие капсулы. Для выявления капсул используют метод окраски по Бурри-Гинсу.
2. Наличие спор. Для выявления используют окраску по Клейну.
Некультивируемые и дормантные формы бактерий
У многих видов Гр(-) бактерий существует особое приспособительное, генетически регулируемое состояние, эквивалентное цистам, в которое они могут переходить под влиянием неблагоприятных условий и сохранять свою жизнеспособность до нескольких лет. Главная особенность такого состояния в том, что бактерии в нем не размножаются и не образуют колоний на питательной среде. Такие не размножающиеся, но жизнеспособные бактерии и называются некульвируемыми формами бактерий (НФБ). Клетки этих бактерий находятся в метаболически активном состоянии, они высокоустойчивы к воздействию условиям внешней среды. Для их обнаружения используют методы молекулярногенетического анализа (ДНК-гибридизацию, ПЦР).
Дормантные формы имеют меньшие морофометрические отличия от стандартных форм. Клетки в дормантном состоянии, морфологически сходные с культивируемыми формами, проходящими клеточный цикл, но функционально отличающиеся от последних. Например, у дрожжей при азотном голодании (т. е. клетки, вышедшие из клеточного цикла в состояние G0), сохраняют метаболическую активность, несмотря на присутствие морфологических изменений в ядре и цитоплазме
4. Особенности метаболизма у бактерий. Белковый и углеводный обмен у бактерий. Методы их изучения
1. Изучают метаболизм бактерий с помощью биохимических и физико - химических методов исследования в процессе культивирования бактерий в определенных условиях на питательных средах, определенные субстраты.
2. Особенности метаболизма у бактерий.
1. метаболизм бактерий характеризуется ярко выраженным разнообразием.
2. Напряженность (интенсивность) процессов метаболизма.
3. Все процессы направлены на рост и размножение клетки.
4. Преобладают процессы распада (катаболизма).
5. В метаболизме у бактерий принимают участие как эндоферменты, так и экзоферменты.
3. Углеводный обмен, горение, брожение.
Углеводный обмен - это процесс синтеза и распада углеводов. Сложные углеводы внешней среды могут расщепить только те бактерии, которые выделяют ряд экзоферментов (полисахаридазы, олигосахаридазы). Внутрь клетки из углеводов может поступать только глюкоза. ЕЕ судьба двояка. Меньшая ее часть идет на синтез собственных полисахаридов клетки. А большая подвергается дальнейшему расщеплению. Оно может идти двумя путями: Горение - это расщепление углеводов в аэробных условиях. Конечные продукты газ и вода. Брожение - это расщепление углеводов в анаэробных условиях. В зависимости от промежуточных продуктов различают спиртовое, молочнокислое, пропионокислое, масляно-кислое и др.виды брожения. Способность бактерий расщеплять углеводы обозначается как сахаролитическая активность. Изучается углеводный обмен в процессе культивирования исследуемых бактерий на средах Гисса (полужидких средах, содержащих углевод и индикатор, реагирующий на появление кислых продуктов распада углеводов).
4. Белковый обмен.
Белковый обмен - это процесс синтеза собственных аминокислот и белков путем ассимиляции необходимых компонентов из внешней среды. Во внешней среде содержатся сложные белки. Их расщепляют только те бактерии, которые выделяют ферменты протеазы. Расщепление белков идет до пептонов. Тление -расщепление белков в аэробных условиях. Гниение -расщепление белков в анаэробных условиях.
Протеолитические свойства - способность расщеплять белки до промежуточных продуктов распада - пептонов - изучается при посеве на желатин и (или) лакмусовое молоко. При наличии протеаз у бактерий желатин разжижается, а в молоке образуется сгусток кремового цвета, а над ним светлая, прозрачная жидкость).
Пептолитические свойства - способность расщеплять только промежуточные продукты распада белков - пептоны, до элементарных радикалов) изучается при посеве бактерий в мясо - пептонный бульон. Под крышку пробирки помещают индикаторные полоски, способные изменять свой цвет в присутствии летучих продуктов распада пептонов(аммиака, сероводорода, индола). Протео - и пептолитические свойства изучают для идентификации возбудителей.
5. Питание бактерий, механизмы питания, системы секреции
Питание - процесс потребления различных органических и минеральных соединений, необходимых для жизнедеятельности микроорганизмов. Бактериальная клетка не имеет специальных органов питания - является голофитной по способу потребления питательных веществ.
Существуют три основных механизма поступления питательных веществ в бактериальную клетку: пассивная диффузия, облегченная диффузия, активный транспорт.
1) Пассивный транспорт.
Осуществляется за счет различного содержания питательных веществ в среде и в клетке и происходит в направлении от большой концентрации к меньшей, т.е. по градиенту концентрации. Таким путем в клетку проникает вода и выходит из нее вместе с растворенными в ней различными мелкими молекулами, способными проходить через мелкие поры мембраны. Для пассивной диффузии характерно отсутствие субстратной специфичности и она не требует затраты энергии.
2) Облегченная диффузия
Характеризуется выраженной субстратной специфичностью и протекает при обязательном участии специфических белков, локализованных в мембране - это пермиазы - «проходящие сквозь». Они распознают и связывают молекулу субстрата на внешней стороне мембраны и обеспечивают ее перенос через мембрану. Облегченная диффузия происходит только по градиенту концентрации - поэтому не требует затрат энергии.
3) Активный транспорт.
С помощью этого механизма растворенные вещества могут поступать в клетку против градиента концентрации, поэтому активный транспорт требует от клетки затраты энергии. У бактерий этот механизм преобладает.
По способу питания бактерии делятся на:
Автотрофы - синтезируют все углеводсодержащие компоненты клетки из СО2 как единственного источника углерода.
Гетеротрофы - организмы, которые не могут удовлетворять свои потребности в углероде только за счет СО, а также требует для своего питания готовые органичесике соединения. В свою очередь, гетеротрофов, подразделяют на сапрофитов - источник питания мертвые органические соединения, паразитов - живущих за счет живых тканей животных и растений.
В зависимости от источников энергии все организмы можно подразделить на три группы.
1) Фотолитотрофы источник энергии солнечный свет, доноры электронов - неорганические соединения.
2) Хемолитотрофы - источник энергии окислительно-восстановительные реакции, доноры электронов - неорганические соединения.
3) Хемоорганитрофы -источник энергии окислительно-восстановительные реакции, доноры электронов - органические соединения.
По источникам азота:
1) Азотофиксирующие бактерии способны усваивать молекулярный азот из атмосферы или неорганический азот из солей аммония, нитратов или нитритов.
2) Нитрифицирующие бактерии, которые способны использовать для синтеза белков в качестве основных источников азота соли аммиака, азотистой и азотной кислоты.
3) Прототрофы - микроорганизмы, способные синтезировать все необходимые им органические соединения (углеводы, аминокислоты,) из глюкозы и солей аммония.
4) Ауксотрофы - микроорганизмы, не способные синтезировать какое - либо из указанных соединений и ассимилирующие их в готовом виде из окружающей среды или организма хозяина (человека, животного).
Бактерии способны жить и размножаться не только в естественных условиях, но и на искусственных средах.
Системы секреции
Бактериальная клетка в процессе жизнедеятельности продуцирует во внешнюю среду белковые молекулы и ферменты секреции.
Секреция - это активный транспорт белков из цитоплазмы во внешнюю среду.
Это необходимо:
1. Для построения клеточной стенки, жгутиков, ворсинок.
2. Прикрепления бактерий к клетки за счет ворсинок.
3. Патогенные бактерии выделяют в окружающую среду, либо в пространство клетки - эффекторные молекулы.
У Гр(+) бактерий выделение идет в один этап.
У Гр(-) - обнаружены системы секреции.
5 систем - они отличаются по строению и конечной локализации белка.
1 тип секреции - транспорт образовавшихся эффекторных молекул во внешнюю среду. В этой системе участвуют три белка:
А. делают порины в ЦПМ
Б. протягивают молекулу белка через периплазматическое пространство.
В. делают поры в клеточной стенке - через которые белок выделяется во внешнюю среду.
2 тип секреции:
Транспортировка осуществляется в два этапа:
1 этап - белок проникает в периплазматическое пространство и там остаются;
2 этап - некоторые белки через пору в клеточной стенки поступает во внешнюю среду.
3 тип секреции:
Принимают участие 20 белков.
Белки первой группы образуют структуру напоминающую шприц.
2 группа белков протягивает эффекторную молекулу по этому каналу в клетку макроорганизма.
4 группа секреторные белки попадают непосредственно в цитозоль эукариотической клетки. Таким образом, секреция 3 типа доставляет факторы вирулентности непосредственно в клетку человека, вызывая нарушения ее жизнедеятельности.
4 система секреции - осуществляется особыми белками - автотранспортерами. Во внешнюю среду.
6. Особенности дыхательного аппарата бактерий. типы О-В процессов у бак. Классификация бактерий по типу получения энергии
Для осуществления различных обменных процессов бактерии нуждаются в определенном количестве энергии, которую получают в ходе О-В процессов. Они протекают в дыхательном аппарате. Особенности дых аппарата бактерий:
- бактерии лишены митохондрий, их функцию выполняет ЦПМ и ее инвагинации
- мезосомы, на которых локализуются специальные дыхательные Еn ;
- у бактерий могут быть значительные колебания в качественном и количественном составе ферментов, образующих дыхательную цепь;
- у бактерий тонкие процессы регуляции дыхания затруднены, т.к. их дыхательный аппарат соприкасается как с внеш ср, так и с цитоплазмой.
По типу дыхания или по типу получения Е микроорганизмы делятся на
I. Аэробы-нуждаются в свободном О2.
Облигатные (строгие) аэробы (NB, некоторые виды псевдомонад) не могут жить и размножаться в отсутствии молекулярного О2, т.к. используют его в качестве акцептора электронов.
Молекулы АТФ образуются или при окислительном фосфорилировании с участием цитохромоксидаз, флавинзависимых оксидаз и дегидрогеназ. При этом, если конечным акцептором электронов является О2, выделяется значительное количество энергии.