Вирусный и инфекционные заболевания

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Бактерии. Определение. Ультраструктура бактериальной клетки. Основные морфологические формы бактерий и методы их изучения. Принципы классификации бактерий по Берджи

Бактерии - одноклеточные микроорганизмы, относящиеся к царству Прокариотам, лишенные оформленного ядра и хлорофилла.

Археи - одноклеточные микроорганизмы, не имеющие ядра и каких либо мембранных органелл.

Ультраструктура бактериальной клетки

Структурные компоненты бактериальной клетки:

*обязательные

*необязательные.

Обязательные компоненты:

· клеточная стенка,

· цитоплазматическая мембрана,

· цитоплазма с локализованными в ней рибосомами

· ядерный аппарат

Необязательные компоненты:

· капсула,

· микрокапсула,

· внеклеточная слизь,

· включения,

· жгутики,

· пили,

· споры.

Клеточная стенка

Функция клеточной стенки состоит в том, что она является :

· осмотическим барьером;

· определяет форму бактериальной клетки;

· защищает клетку от воздействия окружающей среды;

· несет разнообразные рецепторы, способствующие прикреплению фагов,колицинов, а также различных химических соединений

· через клеточную стенку в клетку поступают питательные вещества и выделяются продукты обмена;

· в клеточной стенке локализован О - антиген бактерий и с ним связан эндотоксин бактерий.

Клеточная стенка представлена слизистой оболочкой, это биогетерополимер, имеющий сложное строение, который покрывает всю поверхность клетки, различают три слоя:

- наружний - липопротеиновый;

- средний - липополисахаридный;

- внутренний - мукопептидный.

Два типа строения клеточной стенки. В обеих случаях ее основу составляет пептидогликан муреин, (у некоторых, например ГР+ бактерий он связан с тейхоевыми кислотами).

1 тип, муреин составляет до 90% массы клеточной стенки и образует многослойный до 10 слоев каркас. Такие бактерии при окраске по методу Грамма прочно удерживают комплекс генцианового фиолетового красителя - они окрашиваются в сине - фиолетовый цвет и называются Гр (+).

У бактерий со 2 типом строения клеточной стенки поверх 2- 3 слоев пептидогликана - муреина располагается слой липополисахаридов. Эти бактерии при окраске по Грамму не способны прочно связывать комплекс красителей, и соответственно, обесцвечиваются спиртом. Поэтому их дополнительно прокрашивают фуксином в розово - красный цвет. Это Гр (-) бактерии.

В связи с различиями в строении клеточной стенки все бактерии делятся на 4 отдела:

-грациликуты - бактерии с тонкой клеточной стенкой, Гр(-), извитые, палочковидные, кокковые формы бактерий, риккетсии и хламидии.

- формикуты - бактерии с толстой клеточной стенкой, Гр(-), к ним относятся палочковидные, кокковые формы, актиномицеты, коринебактерии, микобактерии.

- тенерикуты - бактерии без ригидной клеточной стенки - микоплазмы.

- мендозикуты - архебактерии, отличающиеся дефектной клеточной стенкой, особенностями строения рибосом, мембран и рибосомальных РНК.

Протопласты и сферопласты - формы любой бактериальной клетки, полностью или частично лишенную клеточной стенки Они называются соответственно,. Весьма существенным является то, что под воздействинм химиопрепаратов и других факторов. Нарушающих формирование клеточной стенки, они могут образовываться в организме больного, но при этом бактреии сохраняют способность взаимодействовать с организмом больного.

Кроме того существуют, так называемые L - формы бактерий, которые в отличии от протопластов и сферопластов способные к размножению - это сферические образования разных размеров. Существуют стабильные L-формы, не способные реверсировать в исходный морфотип и нестабильные L -формы, реверсирующие в исходный тип при устранении причин, вызывающих их образование. В процессе реверсии восстанавливается способность бактерий синтезировать пептидоглика - муреин клеточной стенки. L формы различных бактерий играют существенную роль в патогенезе многих хронических рецедивирующих заболеваний (бруцеллез, туберкулез, сифилис).

Цитоплазматическая мембрана и мезосомы.

ЦПМ является жизненнонеобходимым структурным компонентом бактериальной клетки. Она ограничивает протопласт, располагаясь непосредственно под клеточной стенкой.

ЦПМ - это липопротеин. Является сложно орагнизованной структурой, состоящей из нескольких слоев. Двойной фосфолипидный слой пронизан белковыми глобулинами, которые обеспечивают транспорт веществ в бактериальную клетку.

ЦПМ выполняет жизненно важные функции, нарушение которых приводит бактериальную клетку к гибели

регуляция поступления в клетку метаболитов и ионов,

участие в метаболизме,

Участие в репликации ДНК,

Участие в процессах спорообразования.

Мезосомы

w -являются производными ЦПМ;

w имеют неодинаковое строение у разных бактерий, располагаясь в разных частях клетки либо в виде концентрических мембран, либо пузырьков, инвагинаций, либо в виде петли;

w мезосомы связаны с нуклеоидом;

w участвуют в процессе деления и спорообразования, дыхании клетки.

Цитоплазма, рибосомы, включения

Цитоплазма - это физический, осмотический и метаболический барьер между внутренним содержимым бактериальной клетки и внешней средой. Он имеет сложную трехслойную структуру. У прокариот представляет собой сложную коллоидную систему, состоящую из 75% воды, минеральных соединений, белков, РНК, ДНК, которые входят в состав органелл нуклеоида, рибосом, мезосом, включений.

Рибосомы у бактерий представляют собой рибонуклеопротеиновые частицы, состоящие из двух субъединиц 30S и 50S. Бактериальные рибосомы являются белоксинтезирующими системами клеток.

Включения являются продуктами метаболизма про - и эукариотических микроорганизмов, которые располагаются в их цитоплазме и используются в качестве запасных питательных веществ. К ним относятся включения гликогена, крахмала, серы, полифосфата (валютина) и др. Зерна валютина - это метахроматические включения. Например, у включения у дифтерийной палочки.

Ядерный аппарат.

- у прокариотов нет оформленного ядра - его аналог нуклеоид;

-он имеет фибриллярную структуру;

- не имеет основных белков - гистонов; -не содержит хромосом;

- не делится митозом.

В нем содержится двунитевая молекула ДНК, а также небольшое количество РНК и белков. Молекула ДНК представляет собой замкнутую кольцевую структуру, в которой закодирована почти вся наследственная информация клетки, т.е. геном клетки.

ДНК часто обозначается как хромосома. При этом следует помнить, что она представлена в клетке в единственном числе, поскольку бактерии являются гаплоидными. Однако, перед делением клетки число нуклеоидов удваивается, а во время деления увеличивается до 4 и более.

Плазмиды - автономные кольцевые молекулы двунитчатой ДНК с меньшей молекулярной массой, которых получили название плазмид. В них также закодирована наследственная информация. Это необязательные структуры бактериальной клетки.

Капсула

Капсула бактерий - это утолщенный наружный слой клеточной стенки.

Капсулы могут быть построены из полисахаридов (пневмококк) или белков (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.

Наружный слизистый слой - синегнойная палочка продуцирует экзополисахариды, которые образуют наружный слизистый слой.

Споры бактерий

Споры бактерий представляют собой бактериальные клетки в состоянии анабиоза и образуются при неблагоприятных условиях внешней среды. Располагаться могут внутри клетки терминально, субтерминально или центрально.

Морфология бактерий - это внешняя форма клетки.

Основные морфологические формы :

Шаровидные (кокки) по характеру расположения кокков делятся на:

-микрококки (отдельное изолированное расположение) -диплококки (сцепленное попарно);

-тетракокки (сцепленные по четыре).

-стрептококки (сцепленные в цепочку).

-сарцины (сцепленные в пакеты по 8, 12, 16).

-стафилококки (сцепленные беспорядочно в виде виноградной грозди).

Палочковидные -по характеру расположения делятся на :

- бактерии или бациллы (отдельно расположенные).

- диплобактерии или диплобациллы (сцепленные попарно)

- стрептобактерии (сцепленные в цепочку).

Извитые формы - по характеру и количеству завитков делятся на:

-вибрионы - слегка изогнутые палочки - одна запятая;

-спириллы, имеют до 8 завитков;

-спирохеты, которые в свою очередь делятся бореллии и трепонемы и лептоспиры.

Ветвящиеся формы - имеют ветвящееся тело, похожее на мицелий: актиномицеты, нокардии, микобактерии

Методы изучения морфологии.

Световая микроскопия:

- иммерсионная - применяется для изучения окрашенных мазков препаратов.

- темнопольная и фазовоконтрастная - применяется для изучения неокрашенных препаратов в слое жидкости (препараты висячая или раздавленная капля).

- люминисцентная, электронная - применяется для изучения нативных мазков, окрашенных или неокрашенных флюорохромами, при облучении их коротковолновым излучением.

2. Crispr-Cas системы бактерий, строение, функции, практическое применение

CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) - особые участки бактериальной ДНК, короткие палиндромные кластерные повторы - играет роль иммунной системы бактерий.

Cas-белки - (CRISPR-associated sequence -- последовательность, ассоциированная с CRISPR). Если фрагмент вируса «записан» в спейсере CRISPR РНК, Cas-белки разрезают вирусную ДНК и уничтожают ее, защищая клетку от инфекции.

CRISPR -- это система специфического иммунитета прокариот, характерная как для бактерий, так и для архей. CRISPR-структуры впервые были описаны почти 30 лет назад, однако их функция долгое время оставалась загадкой. CRISPR-системы состоят из геномных кассет, в которые записывается информация о вирусных или плазмидных инвазиях, и Cas-белков, обеспечивающих молекулярный механизм иммунитета. В ответ на инфекцию клетка с CRISPR вырезает из чужеродного генома небольшой фрагмент и встраивает его в кассету. Высокоэффективное узнавание ДНК, лежащее в основе работы CRISPR, оказалось привлекательно и для практического использования, и сейчас CRISPR-системы служат для точных манипуляций с самыми различными геномами, в том числе и с геномом человека.

Впервые были описаны в 1987 г. в геноме основного модельного организма микробиологии и молекулярной биологии -- кишечной палочки (Escherichia coli). CRISPR-структуры были найдены у 45% всех известных бактерий и 85% архей.

Состоит система из кассет, содержащих повторы и спейсеры (не поддаются транскрипции). Число составных звеньев в CRISPR-кассете может варьировать от двух до нескольких сотен

СRISPR-структуры чаще располагаются на основной хромосоме (нуклеоиде), но иногда входят в состав плазмид (маленьких кольцевых, автономно реплицирующихся молекул ДНК). Повторы в кассете, как правило, строго совпадают между собой по длине и последовательности нуклеотидов.

Функция: РНК, транскрибирующиеся с локусов CRISPR, совместно с ассоциированными белками Cas обеспечивают адаптивный иммунитет за счёт комплементарного связывания РНК с нуклеиновыми кислотами чужеродных элементов и последующего разрушения их белками Cas. Впрочем, к настоящему моменту имеется немало свидетельств участия CRISPR в процессах, не связанных с иммунитетом.

Люди научились одомашнивать не только коров и собак, но и бактерий. Streptococcus thermophilus -- одна из ключевых одомашненных микробных культур -- используется для получения сыров, йогуртов и других молочнокислых продуктов. Но бактерии, даже самые полезные, тоже болеют. Молочная промышленность постоянно обеспокоена подверженностью S. thermophilus различным вирусным инфекциям. Неслучайно именно на этом модельном организме проведены ключевые эксперименты по уточнению функции CRISPR-систем.

Если заразить живую культуру S. thermophilus бактериофагами, то большинство бактерий погибнет, но очень небольшая часть выживет. Чем же выжившие отличаются от изначальной культуры? Оказалось, что их геном стал длиннее на 0.01% за счет того, что в CRISPR-кассету добавились 1-4 новых спейсера. При повторном заражении этой культуры теми же бактериофагами все клоны выживали.

Практическое применение:

Прививки для бактерий. Бактериофаги представляют серьезную угрозу для культур промышленных бактерий. CRISPR -- это отличная настраиваемая платформа. На ее основе можно собрать нужный профиль устойчивости только за счет добавления спейсеров к соответствующим бактериофагам. Благодаря CRISPR-системам можно увеличивать продолжительность жизни ценных штаммов.

Ограничение распространения нежелательных генов, локализованных на плазмидах. Если исследователь хочет застраховать свой штамм от приобретения плазмид, несущих нежелательные гены, ему на помощь тоже приходят CRISPR. Так можно ограничивать распространение генов резистентности к антибиотикам и даже целых островков патогенности.

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.

II. Анаэробы -получают энергию при отсутствии доступа О2 путем ускоренного, но не полного расщепления пит в-в.

Облигатные анаэробы (NB, ВОЗБУДИТЕЛИ СТОЛБНЯКА, БОТУЛИЗМА) не переносят даже следов О2. Они могут образовывать АТФ в результате окисления УВов, белков, липидов путем субстратного фосфорилирования до пирувата. При этом выделяется сравнительно небольшое кол-во энергии.

III. Факультативные анаэробы, могут расти и размножаться как в присутствии О2 воздуха, так и без. Они образуют АТФ при окислительном и субстратном фосфорилировании.

Различают 2 основных О-В процесса: на 2 группы в зависимости от хар-ра конечного акцептора водорода (Н).

Ш дыхание (окисление)- биологический процесс окисления различных органических в-в, при котором происходит перенос протонов и электронов от: -субстрата (донора) к кислороду (акцептору) и образование молекул АТФ.

Ш брожение (ферментация)- это метаболический процесс, при котором: происходит перенос протонов и электронов от субстрата(донора) к субстрату(акцептору).

Если конечным акцептором водорода выступает кислород (может быть свободным и связанным), то этот тип носит название дыхание. Если органическое соединение - брожение.

У всех перечисленных групп О-В процессы происходят в дыхательном аппарате.

v Еn дегидрогеназы отщепляют водород от субстрата, передают его на НАД.

НАД превращается в восстановленную форму, передает водород на НАДФ и затем на систему 2 ФАД.

v Следующий этап - система цитохромов.

Их функции - отщепление электрона от водорода и превращение водорода в протон.

Этот окислительный процесс сопровождается выделением энергии.

§ Параллельно идет процесс окислительного фосфорилирования,

в ходе кот выделенная энергия аккумулируется в макроэргических фосфатных связях типа АТФ.

v Последнее звено ЦПЭ у аэробов - цитохромоксидаза, кот передает электрон на молекулярный О2 и активирует его: в результате он получает способность соединяться с протоном с образованием воды.

Т.о. аэробные бактерии получают энергию путем дыхания, причем в качестве конечного акцептора водорода они требуют наличия молекулярного кислорода.

Подавляющее большинство патогенных бактерий относится к ФАКУЛЬТАТИВНЫМ АНАЭРОБАМ. Они, в зависимости от условий внеш ср (наличие или отсутствие О2), могут получать энергию и путем дыхания, и путем брожения.

Подобная гибкость энергодающих процессов характерна только для бактерий.

Бактерии у которых отсутствует Еn цитохромоксидаза. В качестве конечного акцептора О2 могут использовать не свободные молекулы О2, а находящиеся в составе окисных соединений.

Облигатно-анаэробные бактерии получают энергию только путем брожения.

У них отсутствует и система цитохромов, и цитохромоксидаза.

Окислительное фосфорилирование осуществляется на уровне субстрата.

В ряде случаев водород может передаваться системой флавиновых ферментов не на субстрат, а на молекулярный О2 с образованием Н2О2. У них отсутствует Еn каталаза, поэтому Н2О2 накапливается и оказывает на бактерии токсическое действие.

7. Рост и размножение бактерий. Рост на питательный средах(фазы). Современные представления о колониях.

Под ростом клетки понимают координированное воспроизведение клеточных компонентов и структур, ведущее в конечном итоге к увеличению массы клетки.

Термином «размножение» обозначают увеличение числа клеток в популяции.

Большинство прокариот размножаются поперечным делением, некоторые почкованием.

Грибы размножаются путем спорообразования.

При размножении микробной клетки наиболее важные процессы происходят в нуклеоиде, содержащем всю генетическую информацию в двунитевой молекуле ДНК. Репликация ДНК происходит полуконсервативным способом, обеспечивающим равномерное распределение генетического материала между дочерними клетками.

Надежность процесса репликации и правильность расхождения (сегрегация) дочерних цепей обеспечивается связью ДНК с цитоплазматической мембраной.

Репликация начинается в определенной точке (локусе) ДНК и происходит одновременно в двух противоположных направлениях.

Синтез дочерних нитей ДНК идет ступенчато, короткими фрагментами, которые сшиваются специальными ферментами лигазой.

Когда бактерия готова к делению, то начинается процесс репликации. При этом начинается выработка фермента инициатора под действием которого раскручивается ДНК на две равноценные нити.

Вторая нить прикрепляется на противоположном участке ЦПМ - прорепликон. Затем каждая нить достраивается. И после достройки прорепликон превращается в репликатор.Фермент инициатор освобождается для нового цикла.

Спирали растягиваются к полюсам клетки. ЦПМ образует инвагинации - септальные мезосомы - за счет которых формируется клеточная стенки.

Оставшаяся ЦПМ - лизируется соответственным ферментом клетки - аутолизанами.

Весь процесс находится под строгим генетическим контролем.

Культивирование бактерий

Для культивирования используют бактерий используют питательные среды.

При культивировании изучаются культуральные свойства - характер роста бактерий на питательной среде.

Выделяют несколько фаз развития бактерий в питательной среде.

1 фаза покоя - лаг. фаза - продолжительность 3-4 часа с момента внесения бактерий в свежую питательную среду. В эту фазу бактерии растут, адаптируются и готовятся к делению.

2 фаза интенсивного роста - логарифмического роста. ЕЕ продолжительность 6-8 часов - она характеризуется постоянной максимальной скоростью деления клеток, и значительным увеличением числа клеток в популяции;

3 фаза - стационарная, она наступает тогда, когда число клеток в популяции перестает увеличиваться - М-фаза - в эту фазу микробы начинают отмирать.

Остальные делятся. Достигается наибольшая концентрация бактерий. В это время (время генерации между 2 делениями) является величиной постоянной. Для E.coli - 20мин. Для M. tuberculosis - 16, 18 часов.

Это связано с тем, что наступает равновесие между числом в вновь образующихся и гибнущих клеток.

Число живых бактериальных клеток в популяции на единицу объема питательной среды в стационарной фазе обозначается как М - концентрация.

Этот показатель является характерным признаком для каждого вида бактерий.

4 фаза - фаза отмирания (логарифмической гибели), которая характеризуется преобладанием в популяции числа погибших клеток и прогрессивным снижением числа жизнеспособных клеток популяции.

Прекращение роста численности (размножения) популяции, микроорганизмов наступает в связи с истощением питательной среды и или накопления в ней продуктов метаболизма микробных клеток.

Поэтому удаляя продукты метаболизма или заменяя питательную среду, регулируя переход микробной популяции из стационарной фазы в фазу отмирания, можно создать открытую биологическую систему, стремящуюся к установлению динамического равновесия на определенном уровне развития популяции. Такой процесс выращивания микроорганизмов называется проточным культивированием. Для изучения метаболических процессов на протяжении цикла клеточного деления возможно также использовать синхронные культуры - это все члены популяции, которые находятся в одной фазе цикла.

Некультивируемые 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).

Колония - видимое невооруженным глазом скопление бактерий на плотной питательной среде;

Культуральные свойства бактерий

При росте на жидких питательных средах бактерии чаще всего вызывают равномерное помутнение, иногда -- выпадение осадка: крошковатого (стрептококки), хлопьевидного (стрептобациллы), бульон при этом остается прозрачным.

Некоторые бактерии образуют пленку на поверхности жидкой среды: сухую чешуйчато-бородавчатую (туберкулезная палочка), тонкую, нежную (холерный вибрион), рыхлую, с отходящими вниз отростками -- «сталактитами» (возбудитель чумы)

Еще более разнообразен рост бактерий на плотных питательных средах. Образуемые при этом колонии различаются по многим признакам: размерам, форме, консистенции, структуре, прозрачности, цвету и др.

Колонии бывают очень мелкими (0,1-0,5 мм), мелкими (0,5-3,0 мм), средних размеров (3-5 мм) и крупными (более 5 мм в диаметре).

Они могут быть круглыми (дисковидными); плоскими; иметь форму, напоминающую львиную гриву («голову Медузы»); ризоидными и т. п.. Края колонии могут быть гладкими, зазубренными, фестончатыми, изрезанными.

Поверхность колонии бывает гладкая или шероховатая, влажная или сухая, ровная или складчатая, плоская или выпуклая, а ее консистенция -- плотная, рыхлая, слизистая.

Колонии могут быть прозрачными, полупрозрачными, непрозрачными и различаться по другим признакам, например у некоторых бактерий центр мутный, а периферическая зона полупрозрачна.

Все эти признаки, как правило, видоспецифичны, поэтому они имеют важное диагностическое значение, т. е. их изучение используется для определения видовой принадлежности исследуемой культуры.

8. Бактериальная биопленка. Строение. “Quorum sensing” - механизмы

Биопленка - это высокоорганизованное сообщество бактерий, необратимо прикрепленных к субстрату и друг другу и защищенных пленкой.

Образование биопленки объясняет социальное поведение в популяции (у бактерий обнаружены вещества, которые аналогичны гормонам и цитокинам человека. Эти вещества обеспечивают межклеточное взаимодействие)

Формирование биопленка:

1. Бактерии прикрепляются к поверхности.

2. Рост.

3. Во время роста продуцируют экзогенные полисахариды, которые образуют матрикс.

4. Покидают пленку.

В организме человека бактерии нормальной микрофлоры находятся в составе биопленки. Биопленочные инфекции связаны с установкой катетера, проведением искусственной вентиляции легких, имплантацией искусственных клапанов сердца.

“Quorum sensing”

Внутри колонии клетки существуют в разной стадии (делящиеся, спонтаннообразующиеся, покоящиеся) .

Особенности структуры колоний:

1. Имеются вертикальные слои клеток и горизонтально расположенные зоны.

В колониях образуются микроскопические воздухоносные каналы, через которые поступают питательные вещества и выводятся продукты метаболизма - структуры для транспорта кислорода.

2. В колониях обнаружен бактериальный аппоптоз (запрограммированная гибель) и альтруизм.

Аппоптоз начинается в максимальную стационарную фазу, когда истощаются питательные вещества, следовательно, часть клеток погибает и образуются продукты метаболизма, которые служат для питания другим клеткам.

В 1994 году был предложен термин “Quorum sensing” - это многоклеточный механизм бактериального общения, предназначенный для контроля экспрессии генов, в зависимости от плотности бактериальной популяции.

Ключевым сигналом к запуску является увеличение плотности популяции.

Описан ряд процессов, протекающих при высокой плотности:

1. Продукция экзоферментов и других факторов вирулентности;

2. Продукция антибиотиков;

3. Образование спор;

4. Образование биопленки.

В реализации данного механизма принимают участие различные Механизмы:

1. Механизм непосредственного контакта клеток - передача информации. осуществляется за счет пили и других поверхностных структур.

2. Выработка бактериями диффундирующих химических агентов - химический способ общения. бактерии выделяют во внешнюю среду сигнальные молекулы. показано, что выработка сигнальных молекул начинается при определенной плотности популяции - М-фаза. эти сигнальные молекулы воспринимаются сенсорными молекулами, передают сигнал клеткам и связываются с рецепторами белка репрессора. следовательно, блокируют репрессор и нарушается связь рецептора с соответствующими генами, что запускает синтез соответствующего продукта.

3. Доказано, что между клетками в популяции действуют физические факторы дистантной коммуникации. под действием этих факторов культура одного вида посылает сигналы другому виду и другой вид начинает усиленно размножаться.

9. Бактериологическое исследование. Основные биологические свойства бактерий, определяемых в ходе бактериологического исследования и методы их изучения

Бактериологическое исследование - это один из основных видов работы бактериологической лаборатории, ее цель - выделение из исследуемого материала чистой культуры и ее идентификация

Этапы бактериологического исследования:

1. Первичная микроскопия исследуемого материала (необязательный этап), (поможет выбрать нужную питательную среду; дает ориентировочные представления о наличии в исследуемом материале микроогранизмов)

2. Первичный посев с целью выделения чистой культуры

3. Накопление чистой культуры

4. Изучение биологических свойств выделенной чистой культуры и ее окончательная идентификация

1 день исследования.

Осуществляют 2 первых этапа. Первичная микроскопия обязательна для гнойного материала, но не микроскопируют кровь и фекалии). Выбор метода исследования зависит от задачи исследования. Если его проводят с целью выделения какого-то конкретного вида бактерий, то используют элективные среды. Если обнаружены разные виды возбудителей, то используют метод механического разобщения на поверхности твердой питательной среды. Первичный посев осуществляется только на твердой питательной среде!!! Исключение - кровь. Кровь сеют в жидкую питательную среду.

2 день исследования.

Задача 2 дня изучение культуральных свойств и накопить чистую культуру. Культуральные свойства - это характер роста на жидких и твердых средах, включая описания колоний на твердых средах.

Изучение особенностей роста на чашках с МПА включает:

1. Общая характеристика роста - однородная или неоднородная, обильный или скудный рост.

2. Изучение выросших колоний - для это отбирают колонии и определяют

Макроскопически:

* форма

* величина

* прозрачность

* поверхность

* цвет

Микроскопически:

* края

* структуру

Из колонии готовят мазок, окрашивают по Граму и микроскопируют. Списывают морфологию бактерий, образующих колонию. Во время взятия мазка определяют консистенцию колонии.

При изучении колоний и микроскопии мазков из них обращают внимание на следующие детали:

1. Наличие капсулы. Для выявления капсул используют метод окраски по Бурри-Гинсу.

2. Наличие спор. Для выявления используют окраску по Клейну.

Изучение колоний заканчивается пересевом на скошенный агар для накопление чистой культуры.

3 день исследования.

1. Описание роста на скошенном агаре.

2. Подтверждение чистоты накопленной культуры. Готовят мазки, окрашивают по Граму. Чистая культура подвергается дальнейшей идентификации до рода и вида на основании особенностей метаболизма - биохимическая идентификация и антигенного строения - серологическая идентификация.

3. Изучение биохимических свойств - это способность бактерий расщеплять те или иные субстраты за счет продукции соответствующих продуктов. Для изучение этих свойств используют дифференциально-диагностические среды, содержащие различные субстраты (пестрые ряды). Сахаролитические свойства -способность расщеплять углеводы и многоатомные спирты; изучают на средах Гисса. Протеолитические свойства - способность расщеплять белки. Изучают на посеве на желатин или лакмусовое молоко. Пептолитические свойства - способность расщеплять промежуточное продукты распада - пептоны. Их можно обнаружить с помощью индикаторной бумаги: лакмусовая - аммиак, смоченная щавелевоуксусной кислотой - индол, смоченная ацетатом свинца - для выявления сероводорода.

4 день исследования.

1. Учет результатов биохимических тестов. После обнаружение вида изучают признаки - чувствительность к антибиотикам, токсигенность и т д

2. Серологическая идентификация. Внутривидовая дифференциация - это определение принадлежности штамма к тому или ином фаговару, биовару, резистовару. Он позволяет выявить эпидемиологические связи между штаммами одного вида.

3. Окончательная идентификация выделенной культуры.

10. Санитарно-микробиологическое исследование воды, воздуха

Санитарная микробиология - наука, которая изучает микрофлору окружающей среды (воды, воздуха, почвы, предметов обихода), продуктов питания, лекарственных средств и ее влияние на здоровье человека.

Одной из важнейших задач санитарно-микробиологического исследования объектов окружающей среды, пищевых продуктов, лекарственных средств является решение вопроса о наличии или отсутствии санитарно-показательных микроорганизмов как индикаторов загрязнения.

На основании многочисленных исследований были сформулированы требования, которым должны отвечать санитарно-показательные микроорганизмы (СПМ):

· Постоянно содержаться в выделениях человека и теплокровных животных и постоянно поступать в окружающую среду в большом количестве;

· Не иметь другого природного резервуара, кроме организма человека и животных (исключая пищевые продукты);

· После выделения в окружающую среду - сохранять жизнеспособность в течение сроков, близких к срокам выживания патогенных микроорганизмов, выводимых из организма теми же путями;

· Не размножаться интенсивно в окружающей среде;

· Незначительно изменять свои биологические свойства в окружающей среде;

· Быть достаточно типичными для своего вида (рода), с тем чтобы их идентификация осуществлялась без особого труда;

· Индикация, идентификация и количественный учет могут проводиться современными, простыми, легкодоступными и экономичными методами.

II. Санитарная микробиология воды.

Вода- естественная среда обитания разнообразных микроорганизмов. На качественный состав микрофлоры основное влияние оказывает происхождение воды и характер ее использования. Для каждого вида вод существуют определенные ГОСТы, по которым можно определить качество воды. Нас в первую очередь интересует питьевая вода. Микрофлора поверхности водоема может служить источником заболеваний, передающихся фекально-оральным, преимущественно водным путем (холера, брюшной тиф, лептоспироз, полиомиелит, гепатит А, Е, менингиты, вызываемые энтеровирусами).

В соответствии с санитарными правилами и нормативами питьевая вода должна быть безопасна в эпидемиологическом отношении, что определяется соответствующими нормативами:

ь Общее число микроорганизмов (ОМЧ) (КОЕ/мл);

Для водопроводной воды- прямой посев1 мл на МПА, для воды открытых водоемов по 1 мл из серийных разведений (10-кратных)

ь Общие колиформные бактерии (ОКБ) (КОЕ/100,0мл)- это аэробные и факультативно-анаэробные не образующие спор Гр(-) оксидозоотрицательные палочки, сбраживающие лактозу с образованием К и Г при температуре 37С в течение 24 - 48ч

ь Термотолерантные колиформные бактерии (ТКБ) (КОЕ/100,0мл)- это аэробные и факультативно-анаэробные не образующие спор Гр(-) оксидозоотрицательные палочки, сбраживающие лактозу с образованием К и Г при температуре 42С в течение 24 часов.

ь Споры сульфитредуцирующих клостридий (КОЕ/20,0мл)-это анаэробные спорообразующие палочки, восстанавливающие сульфит натрия при росте на железосульфитном агаре при 44С (в течение 16-18 часов образуют колонии черного цвета).

ь Колифаги (БОЕ/100,0мл).

Санитарно-гигиенические показатели Нормативы качества воды

Общее микробное число (ОМЧ) (КОЕ/мл) Не более 50

Общие колиформные бактерии (КОЕ/100,0мл) отсутствие

Термотолерантные колиформные бактерии( КОЕ/100,0мл) отсутствие

Споры сульфитредуцирующих клостридий (КОЕ/20,0мл) отсутствие

Коли-индекс(количество КП в 1 л) не больше 3

Коли-титр (1 КП на минимальный объем воды) 300мл

В воде находятся патогенные и условно-патогенные микроорганизмы, которые являются возбудителями ряда инфекционных заболеваний:

ь Летопсирозов;

ь Туляремии;

ь Гепатита А;

ь Дизентерии;

ь Брюшного тифа;

ь Холеры.

Методы посева:

1. Метод мембранных фильтров- воду фильтруют, далее фильтр помещают на среду Эндо, после 18-24 ч и Т=37 подсчитывают число красных колоний (ферментирующих лактозу) (опр. коли-титра/индекса)

2. Бродильный метод- разные объемы воды засевают на среду Эйкмана (с глюкозой и индикатором) - определяется бродильный титр -наименьший объем воды, содержащий газообразующие бактерии . После их идентификации, подсчитывают число КП и опр. коли-титр.

При массовом поступлении ленивых, фекально-бытовых, промышленных сточных вод и в водоемах, и в почве начинает увеличиваться количество заносных микробов. В том числе и болезнетворных для организма. Хотя и вода, и почва не очень способствуют существованию такого рода микроорганизмов, многие из них определенное время способный выживать в столь неблагоприятных условиях. Это время в значительной степени определяется интенсивностью процессов самоочищения воды и почвы, а также таксономической принадлежностью самого микроорганизма, т.е. его биологическими свойствами, в первую очередь, способностью к спорообразованию, устойчивостью к высушиванию или солнечной радиации.

Воздух - среда, самая неблагоприятная для размножения микроорганизмов, поскольку отсутствие питательны веществ и влаги, а также солнечные лучи обусловливают их быструю гибель.

В достаточно прогретом и влажном воздухе находится гораздо больше микроорганизмов, чем в сухом и холодном.

В воздухе закрытых помещений содержаться патогенные и условно-патогенные бактерии - представители нормальной микрофлоры верхних дыхательных путей, а также вирусы и грибы, которые попадают в воздух в основном транзиторно в процессе жизнедеятельности человека и могут существовать в воздухе в течение времени, достаточного для инфицирования находящихся в помещении людей. Это возбудители воздушно-капельных инфекций:

ь Коклюш;

ь Скарлатина;

ь Дифтерия;

ь Туберкулез;

ь Корь;

ь Грипп;

ь Парагрипп и др.

Следовательно, загрязнение объектов окружающей среды условно-патогенными и патогенными микроорганизмами представляют серьезную эпидемиологическую опасность.

Для воздуха ОМЧ - общее количество микроорганизмов в 1 м3 воздуха - оценивается только в закрытых помещениях, а его максимально допустимый предел нормируется только для медицинских учреждений и спецпроизводств, для остальных - уровень поддержания обсемененности воздуха по ОМЧ только рекомендуется.

Для оценки чистоты воздуха используют ряд показателей:

1. Органолептические.

Органолептические свойства воздуха основных помещений ЛПУ (при применении 6-балыюй шкалы Райта) должны соответствовать следующим параметрам: оценке 0 (отсутствие запаха), воздух подсобных помещений - оценке 1 (едва заметный запах).

2. Химические.

1. Концентрация кислорода - 20-21%.

2. Концентрация углекислоты до 0,05% (очень чистый воздух), до 0,07% (воздух хорошей чистоты), до 0,17с (воздух удовлетворительной чистоты).

3. Концентрации химических веществ соответствуют ПДК для атмосферного воздуха.

4. Окисляемость воздуха (количество кислорода в мг, необходимых для окисления органических веществ в 1 м³ воздуха): чистый воздух - до 6 мг/м³, умеренно загрязненный - до 10 мг/м³; воздух плохо проветриваемых помещений - более 12 мг/м³.

3.Физические

1. Изменение температуры воздуха и относительной влажности.

2. Коэффициент униполярности - отношение концентрации тяжелых ионов. Чистый атмосферный воздух имеет коэффициент униполярности 1,1-1.3. При загрязнении воздуха коэффициент униполярности увеличивается.

3. Показателем электрического состояния воздуха является концентрация легких ионов (сумма отрицательных и положительных.) порядка 1000-3000 ионов в 1 см³воздуха (±500).

4. Бактериологические

Методы посева:

Седиментационный метод- оседание под действие силы тяжести определенного количества МО на определенную площадь среды за определенное время и и при опр. температуре.

Аспирационный метод-протягивание определенного объема воздуха через поглотительные приборы (аппарат Кротова) над питательной средой(МПА).

Для выявления стрептококков и стафилококков (опр. гемолитической и плазмокоагуляционной активности) используют кровяной агар.

11. Нормальная микрофлора тела человека. Строение, состав, основные функции. Эпигеномика

Нормальная микрофлора - рассматривается как совокупность множества микроорганизмов, характеризующихся определенным видовым составом и занимающих тот или иной биотоп в организме.

В любом микробиоценозе различают:

· Постоянно встречающиеся виды микроорганизмов- автохтонная микрофлора (резидентная). Количество автохтонных видов относительно невелико, но численно они всегда представлены наиболее обильно.