Вопрос 1. Основы микробиологии. Классификация микроорганизмов

Медицинская микробиология

Содержание

Вопрос 1. Основы микробиологии. Классификация микроорганизмов

1. Основы микробиологии

2. Классификация (систематика) микроорганизмов

Вопрос 2. Особенности морфологии микроорганизмов

1.Основные морфологические формы бактерий

2.Клеточная стенка

3.Цитоплазматическая мембрана

Вопрос 3. Необязательные структурные компоненты бактериальной клетки

1.Споры

2.Жгутики

3.Ворсинки

4.Капсула

Вопрос 4. Питание и особенности метаболизма бактерий

1.Химические компоненты бактериальной клетки

2.Питание бактерий

3.Метаболизм бактерий

Вопрос 5. Особенности белкового и углеводного обмена бактерий

1.Белковый обмен

2.Углеводный обмен

3.Типы биологического окисления у бактерий

Вопрос 6. Рост и размножение. Генетика бактерий

1.Рост и размножение бактерий

2.Бактериальная популяция. Колония

3.Генетика бактерий

Вопрос 7. Функциональные единицы генома. Изменчивость бактериальной клетки

1.Функциональные единицы генома

2. Фактор фертильности

3. Изменчивость

Вопрос 8. Нормальная микрофлора тела человека

1.Понятие о микробиоценозе

2.Особенности нормальной микрофлоры

Вопрос 9. Нормальная микрофлора кожи и верхних дыхательных путей

1. Нормальная микрофлора кожи

2. Нормальная микрофлора конъюнктивы

3. Нормальная микрофлора верхних дыхательных путей

4. Заселение микроорганизмами новорожденного

Вопрос 10. Микробиоценоз верхних отделов желудочно-кишечного тракта

1.Нормальная микрофлора полости рта

2.Нормальная микрофлора пищевода

Вопрос 11. Микробиоценоз средних и нижних отделов желудочно-кишечного тракта

1.Микрофлора желудка

2.Микрофлора двенадцатиперстной и тонкой кишки

3.Микрофлора толстого кишечника

Вопрос 12. Микробиоценоз мочеполовой системы

1. Микрофлора уретры

2. Микрофлора женских половых органов

3. Степени чистоты влагалища здоровых женщин

Вопрос 13. Дисбактериоз

1. Функции нормальной микрофлоры

2. Дисбиоз (дисбактериоз)

Вопрос 14. Лечение дисбактериозов

1. Общие принципы терапии дисбиозов

2. Заместительная терапия дисбиозов

3. Роль бифидобактерий. Пробиотические продукты питания

Вопрос 15. Понятие о химиотерапии

1. Требования, предъявляемые к химиотерапевтическим средствам

2. Классификация химиотерапевтических средств

Вопрос 16. Классификация химиопрепаратов по химическому строению

1. Производные мышьяка, сурьмы и висмута

2. Сульфаниламиды

3. Диаминопиримидины

4. Нитрофурановые препараты

5. Хинолоны

6. Азолы

7. Антибиотики

Вопрос 17. Классификация антибиотиков

1. Основные классификации антибиотиков

2. Классификация по химическому строению

Вопрос 18. Механизм действия антибиотиков осложнения антимикробной терапии

1. Механизм антимикробного действия

2. Осложнения химиотерапии со стороны макроорганизма

Вопрос 19. Лекарственная устойчивость

1. Осложнение химиотерапии со стороны микроорганизмов

2. Борьба с лекарственной устойчивостью

Вопрос 20. Понятие инфекции

1.Понятие инфекции

2.Клинические стадии инфекционного заболевания

Вопрос 21. Пути передачи инфекций

1. Входные ворота инфекции

2. Пути передачи

Вопрос 22. Классификация инфекций

1. Классификация в зависимости от резервуара возбудителя

2. Классификация по распространенности

Вопрос 23. Вирулентность микроорганизмов

1. Понятие вирулентности

2. Взаимодействие микроорганизмов с клетками макроорганизма

3. Ферменты агрессии и защиты

Вопрос 24. Бактериальные токсины

1. Понятие о бактериальных токсинах

2. Классификация токсинов по механизму действия

3. Группы факторов патогенности

Вопрос 25. Механизмы противомикробной защиты

1. Понятие противомикробной резистентности

2. Неспецифическая микробная резистентность

3. Фагоцитоз

Вопрос 26. Тканевые и гуморальные механизмы неспецифической резистентности

1. Барьерная функция лимфатических узлов

2. Гуморальные механизмы неспецифической резистентности

Вопрос 27. Иммунная система

1. Понятие об иммунитете

2. Центральные органы иммунной системы

3. Периферические органы иммунной системы

4. Иммунный ответ

Вопрос 28. Виды иммунитета

1. Типы иммунного ответа. Фазы иммунного ответа

2. Понятие о видах иммунитета

Вопрос 29. Антигены и антитела

1. Понятие об антигенах. Виды антигенов

2. Антитела. Свойства антител

Вопрос 30. Иммуноглобулины

1. Строение иммуноглобулинов (на примере молекулы иммуноглобулина G)

2. Защитная роль иммуноглобулинов разных классов

Вопрос 31. Иммунный статус

1. Понятие об иммунном статусе

2. Первичные иммунодефицитные состояния

3. Вторичные иммунодефицитные состояния

4. Методы оценки иммунного статуса

Вопрос 32. Коррекция иммунитета

1. Понятие иммунокорригирующей терапии

2. Характеристика иммунокорректоров

3. Иммунопрофилактика

Вопрос 33. Характеристика вакцин

1. Классификация вакцин

2. Живые вакцины

3. Убитые вакцины

4. Комбинированные вакцины

Вопрос 34. Иммунизация населения (плановая и по эпидемическим показаниям)

1. Показания к иммунизации

2. Календарь профилактических прививок

3. Экстренная иммунопрофилактика

Вопрос 35. Иммунотерапия

1. Понятие об иммунотерапевтических средствах

2. Антитоксические сыворотки

3. Антимикробные сыворотки

4. Аутовакцины

5. Принципы иммунотерапии

Вопрос 36. Вирусология

1. Вирусы как живые микроорганизмы

2. Формы существования вирусов

3. Вирион

Вопрос 37. Нуклеиновые кислоты и белки вирусов

1. Функции вирусных нуклеиновых кислот

2. Вирусные белки

3. Процессы взаимодействия вируса с клеткой макроорганизма

Вопрос 38. Особенности репродукции вирусов

1. Проникновение вируса в клетку. Репрессия клеточного генома

2. Репликация вируса

3. Трансляция

Вопрос 39. Культивирование вирусов в культурах тканей

1. Характеристики тканевых культур

2. Цитопатическое действие вирусов

Вопрос 40. Механизмы противовирусной защиты макроорганизма

1. Неспецифические механизмы

2. Специфические механизмы

3. Интерфероны

Вопрос 41. Вирусные инфекции. методы диагностики

1. Вирусные инфекции человека

2. Лабораторная диагностика вирусных инфекций

Вопрос 42. Профилактика и лечение вирусных инфекций

1. Методы профилактики вирусных инфекций

2. Противовирусные химиотерапевтические средства

Вопрос 43. Бактериофаги

1. Понятие о бактериофагах

2. Классификация бактериофагов. Фаготипирование

3. Диагностическая и терапевтическая роль фагов

Вопрос 44. Общая микология

1. Биологические особенности грибов

2. Особенности строения генетического аппарата грибов

3. Способы размножения грибов

4. Культивирование грибов

Вопрос 45. Особенности метаболизма грибов. Основы систематики грибов

1. Биохимические свойства грибов

2. Антигены грибов

3. Основные принципы систематики грибов

Вопрос 46. Возбудитель туберкулеза. Особенности микобактерий

1.Морфология, биология и культуральные свойства возбудителя туберкулеза

2. Устойчивость возбудителя туберкулеза

Вопрос 47. Лабораторная диагностика туберкулеза

1. Бактериоскопическое исследование

2. Бактериологическое исследование

3. Биологическая проба

Вопрос 48. Возбудитель дифтерии

1. Морфология возбудителя дифтерии

2. Биология возбудителя дифтерии

3. Серотипы дифтерийных бактерий

Вопрос 49. Лабораторная диагностика дифтерии

1. Забор и посев материала

2. Бактериоскопическое и бактериологическое исследования

3. Реакции ферментации углеводов

Вопрос 50. Возбудитель коклюша

1. Морфология, биология, культуральные свойства возбудителя коклюша

2. Устойчивость к физическим и химическим факторам

3 Антигенное строение, патогенность, вирулентность

Вопрос 51. Лабораторная диагностика коклюша

1. Забор и посев материала

2. Бактериологическое исследование

3. Серологические исследования

Вопрос 52. Возбудитель менингококковой инфекции

1. Морфология менингококка

2. Биология и культуральные свойства менингококка

3. Антигенное строение, серотипы

Вопрос 53. Лабораторная диагностика менингококковой инфекции

1. Забор материала

2. Бактериоскопический и бактериологический методы исследования

Вопрос 54. Возбудитель стрептококковой инфекции

1. Стрептококковые инфекции

2. Морфология, биология стрептококка

3. Антигенное строение. Классификация

4.Лабораторная диагностика стрептококковых инфекций

Вопрос 62. Возбудитель чумы

1. Морфология возбудителя чумы

2. Устойчивость возбудителя чумы

3. Биология, культуральные свойства

Вопрос 67. Возбудитель рожи

1. Свойства возбудителя рожи

2. Особенности диагностики

Вопрос 73. Возбудитель сапа

1. Морфология возбудителя сапа

2. Биология, культуральные свойства

3. Патогенность и вирулентность

4. Устойчивость во внешней среде

5. Лабораторная диагностика сапа

Основы микробиологии

Микробиология как самостоятельная наука, имеющая свои объекты и методы исследования, сформировалась во второй половине 19 века благодаря работам Пастера, Коха, Эрлиха, Мечникова, Ру и др., но и в настоящее время, также как и тесно связанные с ней, биотехнология и генная инженерия, постоянно и интенсивно развивается.

Зародившись, как наука о возбудителях болезней, т.е. как отрасль медицины, к настоящему времени в зависимости от решаемых задачделится на:

· общую;

· промышленную;

· сельскохозяйственную;

· ветеринарную;

· санитарную;

· медицинскую микробиологию.

Предметом изучения медицинской микробиологии являются микроорганизмы - представители нормальной микрофлоры тела человека и возбудители различных заболеваний человека, а также методы лабораторной диагностики, специфической профилактики и этиотропной терапии вызываемых ими заболеваний.

 

2. Классификация (систематика) микроорганизмов

Микроорганизмы - это организмы, невидимые невооруженным глазом из-за их незначительных размеров. Этот критерий - единственный, который их объединяет. В остальном мир микроорганизмов еще более разнообразен, чем мир макроорганизмов. Согласно современной систематике, микроорганизмы относятся ктрем царствам:

· Vira - к ним относятся вирусы;

· Eucariotae - к ним относятся простейшие и грибы;

· Procariotae - к ним относятся истинные бактерии, риккетсии, хламидии,

микоплазмы, спирохеты, актиномицеты.

Основные отличия прокариот от эукариот состоят в том, что прокариоты не имеют:

· морфологически оформленного ядра (нет ядерной мембраны и отсутствует ядрышко), его эквивалентом является нуклеоид, или генофор, представляющий собой замкнутую кольцевую двунитевую молекулу ДНК, прикрепленную в одной точке к цитоплазматической мембране; по аналогии с эукариотами эту молекулу называют хромосомной бактерией;

· сетчатого аппарата Гольджи;

· эндоплазматической сети;

· митохондрий.

Имеется также ряд признаков или органелл, характерных для многих, но не для всех прокариот, которые позволяют отличать их от эукариотов:

· многочисленные инвагинации цитоплазматической мембраны, которые называются мезосомы, они связаны с нуклеоидом и участвуют в делении клетки, спорообразовании, и дыхании бактериальной клетки;

· специфический компонент клеточной стенки - муреин, по химической структуре - это пептидогликан (диаминопиеминовая кислота);

· плазмиды - автономно реплицирующиеся кольцевидные молекулы двунитевой ДНК с меньшей, чем хромосома бактерий молекулярной массой. Они находятся наряду с нуклеоидом в цитоплазме, хотя могут быть и интегрированы в него, и несут наследственную информацию, не являющуюся жизненно необходимой для микробной клетки, но обеспечивающую ей те или иные селективные преимущества в окружающей среде. Наиболее известны плазмиды:

- (F-плазмиды), обеспечивающие конъюгационный перенос между бактериями;

- (R-плазмиды) - плазмиды лекарственной устойчивости, обеспечивающие циркуляцию среди бактерий генов, детерминирующих устойчивость к используемым для лечения различных заболеваний химиотерапевтическим средствам.

Также как для растений и животных, для названия микроорганизмов применяется бинарная номенклатура, - то есть родовое и видовое название, но если видовую принадлежность исследователям определить не удается и определена только принадлежность к роду, то употребляется термин "species". Чаще всего это имеет место при идентификации микроорганизмов имеющих нетрадиционные пищевые потребности или условия существования.

Название рода обычно или основано на морфологическом признаке соответствующего микроорганизма (например, Staphylococcus, Vibrio, Mycobacterium) либо являются производными от фамилии автора, который открыл или изучил данный возбудитель (например, Neisseria, Shigella, Escherichia, Rickettsia, Gardnerella).

Видовое название часто связано с наименованием основного вызываемого этим микроорганизмом заболевания (например, Vibrio cholerae - холеры, Shigella dysenteriae - дизентерии, Mycobacterium tuberculosis - туберкулеза) или с основным местом обитания (например, Escherihia coli - кишечная палочка).

Кроме того, в русскоязычной медицинской литературе возможно использование соответствующего русифицированного названия бактерий (например, вместо Staphylococcus epidermidis - эпидермальный стафилококк; Staphylococcus aureus - золотистый стафилококк и т. д.).

Царство прокариот включает в себя отдел цианобактерий и отдел эубактерий, который, в свою очередь, подразделяется на порядки:

· собственно бактерии (отделы Gracilicutes, Firmicutes, Tenericutes, Mendosicutes);

· актиномицетов;

· спирохет;

· риккетсий;

· хламидий.

Бактерии - это прокариотические, преимущественно одноклеточные микроорганизмы, которые могут также образовывать ассоциации (группы) сходных клеток, характеризующиеся клеточными, но не организменными сходствами.

Порядки подразделяются на группы. Основными таксономическими критериями, позволяющими отнести штаммы бактерий к той или иной группе, являются:

· морфология микробных клеток (кокки, палочки, извитые);

· отношение к окраске по Граму - тинкториальные свойства (грамположительные и грамотрицательные);

· тип биологического окисления - аэробы, факультативные анаэробы, облигатные анаэробы;

· способность к спорообразованию.

Дальнейшая дифференциация групп на семейства, рода и виды, которые являются основной таксономической категорией, проводится на основании изучения биохимических свойст в. Этот принцип положен в основу классификации бактерий, приведенной в специальных руководствах - определителях бактерий.

Вид является эволюционно сложившейся совокупностью особей, имеющих единый генотип, который в стандартных условиях проявляется сходными морфологическими, физиологическими, биохимическими признаками. Для патогенных бактерий определение "вид" дополняется способностью вызывать определенные нозологические формы заболеваний. Существует внутривидовая дифференцировка бактерий на варианты:

· по биологическим свойствам (биовары или биотипы);

· по биохимической активности (ферментовары);

· по антигенному строению (серовары или серотипы);

· по чувствительности к бактериофагам (фаговары или фаготипы);

· по устойчивости к антибиотикам (резистентовары).

В микробиологии широко применяют специальные термины - культура, штамм, клон.

Культура - это видимая глазом совокупность бактерий на питательных средах. Культуры могут быть чистыми (совокупность бактерий одного вида) и смешанными (совокупность бактерий двух или более видов).

Штамм - это совокупность бактерий одного вида, выделенных из разных источников или из одного источника в разное время. Штаммы могут различаться по некоторым признакам, не выходящим за пределы характеристики вида.

Клон - это совокупность бактерий, являющихся потомством одной клетки.

 

Клеточная стенка

Функции клеточной стенки состоят в том, что она:

· является осмотическим барьером,

· определяет форму бактериальной клетки,

· защищает клетку от воздействий 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 и с ней связан эндотоксин (липид А) бактерий.

Имеется 2 типа строения клеточной стенки у бактерий. В обоих случаях ее основу составляет пептидогликан муреин. У одних бактерий (1-й тип) он составляет до 90 % массы клеточной стенки и образует многослойный (до 10 слоев) каркас, при этом муреин ковалентно связан с тейхоевыми кислотами. Такие бактерии при окраске по методу Грама прочно удерживают комплекс генцианового фиолетового и йода; они окрашиваются в сине-фиолетовый цвет и называются грамположительными.

У бактерий со2-м типом строения клеточной стенки поверх 2-3 слоев пептидогликана муреина располагается слой липополисахаридов. Эти бактерии при окраске по методу Грама не способны прочно удерживать комплекс генцианового фиолетового и йода и, соответственно, обесцвечиваются спиртом, прокрашиваясь дополнительным красителем - фуксином в розово-красный цвет. Они называются грамотрицательными.

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

· грациликуты - бактерии с тонкой клеточной стенкой, грамотрицательные, к ним относятся различные извитые, палочковидные, кокковые формы бактерий, а также риккетсии и хламидии;

· фирмикуты - бактерии с толстой клеточной стенкой, грамположительные, к ним относятся палочковидные, кокковые формы бактерий, а также актиномицеты, коринебактерии и микобактерии;

· тенерикуты - бактерии без ригидной клеточной стенки (микоплазмы);

· мендозикуты - архебактерии, отличающиеся дефектной клеточной стенкой, особенностями строения рибосом, мембран и рибосомальных РНК. Эта группа бактерий медицинского значения не имеет.

Из любой бактериальной клетки можно получить формы, полностью или частично лишенные клеточной стенки. Они называются, соответственно, протопласты и сферопласты, и, независимо от исходного морфологического типа бактерии, из-за отсутствия клеточной стенки принимают шарообразную или грушевидную форму. Кроме того, существуют L-формы бактерий, которые, в отличие от протопластов и сферопластов, способны к размножению, являясь вполне полноценными микробными клетками данного вида бактерий. L-формы разных видов бактерий морфологически неразличимы. Независимо от формы исходной клетки (кокки, палочки, вибрионы) они представляют собой сферические образования разных размеров. Различают стабильные L-формы, нереверсирующие в исходный морфотип, и нестабильные L-формы, реверсирующие в исходный при устранении причины, вызвавшей их образование. В процессе реверсии восстанавливается способность бактерий синтезировать пептидогликан (муреин) клеточной стенки. L-формы различных бактерий играют существенную роль в патогенезе многих хронических, рецидивирующих инфекционных заболеваний (бруцеллез, туберкулез, сифилис, хроническая гонорея и т. д.).

 

Цитоплазматическая мембрана

К клеточной стенке бактерий примыкает цитоплазматическая мембрана, строение которой аналогично мембранам эукариотов (состоит из двойного слоя липидов, главным образом фосфолипидов со встроенными поверхностными и интегральными белками). Она обеспечивает:

· селективную проницаемость и транспорт растворимых веществ в клетку,

· транспорт электронов и окислительное фосфорилирование,

· выделение гидролитических экзоферментов, биосинтез различных полимеров.

Цитоплазматическая мембрана ограничивает цитоплазму бактерий, которая представляет собой гранулярную структуру. В цитоплазме локализованы рибосомы и бактериальный нуклеоид, в ней также могут находиться включения и плазмиды (внехромосомная ДНК). Кроме обязательных структур бактериальные клетки могут иметь споры.

 

Споры

Спорообразующие палочки называются бациллами.

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

В процессе спорообразования клетка почти полностью теряет воду, сморщивается, клеточная стенка уплотняется. Появляется новое вещество - дипиколинат кальция, которое образует комплексы с биополимерами клетки, устойчивые к действию температуры и ультрафиолетовых 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, а только как форму существования бактериальной клетки в неблагоприятных условиях. При этом преобразования идут по следующей схеме: 1 клетка - 1 спора - 1 клетка, и увеличения количества бактериальных клеток не происходит.

Спорообразование характерно в основном для грамположительных бактерий. У грамотрицательных бактерий эквивалентом спорообразования является переход в так называемое некультивируемое состояние. В такой форме они также длительно сохраняются в окружающей среде.

При использовании окраски по Граму споры красители не воспринимают, поэтому на окрашенном фоне они бесцветны. Окрашиваются споры с помощью специальных методов окраски, например, по Ожешко или Клейну.

 

Жгутики

Многие бактерии имеют жгутики. Их количество и расположение у разных бактерий неодинаково. Монотрихии имеют только один жгутик (род Vibrio), лофотрихии - пучок жгутиков на одном полюсе клетки (род Pseudomonas), а у амфитрихо в жгутики (один или пучок) расположены на обоих полюсах клетки (род Spirillum), а у перитрихов - по всей поверхности (род Escherichia, Salmonella).

По своему строению жгутики представляют собой спирально закрученные нити, состоящие из специфического белка флагеллина, который по своей структуре относится к сократительным белкам типа миозина.

При окраске по Граму жгутики не видны. Изучать подвижность бактерии можно как с помощью микроскопических методов (фазово-контрастная микроскопия препаратов "висячая" или "раздавленная" капля), так и посевом уколом в полужидкий агар, или специальную среду - среду Пешкова.

 

Ворсинки

На поверхности ряда бактерий обнаружены белковые образования - ворсинки (фимбрии, пили). Фимбрии отходят от поверхности клетки и состоят из белка, называемого пилином. Различают более 60 видов ворсинок, из которых наиболее изучены F-pili (половые пили) и common pili (пили, ответственные за адгезию).

 

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, образует капсулу только в организме человека или животных. Однако существует род истинно капсульных бактерий (Klebsiella), представители которого образуют капсулу и при культивировании на искусственных питательных средах. Некоторые бактерии могут иметь микрокапсулу (выявляется только при электронной микроскопии), например, эшерихии, или неявно выраженную способность к капсулообразованию - так называемую "нежную" капсулу, например, золотистые стафилококки, менингококки.

Основное предназначение капсул - защита бактерий от фагоцитоза. При окраске мазков по Граму истинно капсульные бактерии имеют характерное взаиморасположение (на расстоянии друг от друга). При световой микроскопии капсулы четко не видны, в связи с чем наличие капсул у бактерий выявляется с помощью специальных методов окраски, например, по методу Гимзе. Для выявления капсул и бактерий, образующих их в организме, используют либо микроскопию мазков, приготовленных из патологического материала или мазков - отпечатков из органов погибших животных.

 

Питание бактерий

Бактериальные клетки не имеют специальных органов питания, т.е. являются голофитными. Поступление питательных веществ в микробную клеткуможетпроисходить:

· за счет осмоса и диффузии по градиенту концентрации без затрат энергии;

· за счет пассивного транспорта, который также осуществляется по градиенту концентрации с помощью белков-переносчиков, но без затрат клеткой энергии, и отличается от диффузии большей скоростью;

· за счет активного транспорта, который идет против градиента концентрации с затратой энергии и возможным частичным расщеплением субстрата, осуществляется белками-переносчиками или ферментами - пермеазами.

По источникам углерода, необходимого для построения биополимеров, бактерии делятся на следующие группы:

· автотрофы - микроорганизмы, которые используют как единственный источник углерода углекислый газ, и не нуждаются в сложных органических соединениях.

· гетеротрофы - микроорганизмы, которые используют в качестве источника углерода разнообразные органические углеродосодержащие соединения (углеводы, углеводороды, аминокислоты, органические кислоты) как биологического, так и не биологического происхождения.

В зависимости от источника получения энергии микроорганизмы делятся на:

· фототрофные, способные использовать солнечную энергию,

· хемотрофные, получающие энергию за счет окислительно-восстановительных реакций.

В дополнение к этой классификации в зависимости от природы доноров электронов микроорганизмы подразделяются на фототрофные литотрофы и, соответственно, хемотрофные литотрофы, т.е. использующие в качестве доноров электронов неорганические соединения, а также, соответственно фото-, и хемоорганотрофы, использующие только органические соединения. К последним принадлежит значительное большинство бактерий, в том числе и патогенные для человека виды.

По источникам азота выделяют:

· азотфиксирующие микроорганизмы (способны усваивать молекулярный азот атмосферы),

· микроорганизмы, ассимилирующие неорганический азот солей аммония, нитратов или нитритов и, соответственно, называющиеся аммонифицирующими, нитратредуцирующими и нитритредуцирующими.

Однако большинство патогенных для человека микроорганизмов способны ассимилировать только азот органических соединений.

Микроорганизмы, способные синтезировать все необходимые им органические соединения (углеводы, аминокислоты и др.) из указанных компонентов, называются прототрофами.

Микроорганизмы, не способные синтезировать какое-либо из необходимых соединений, и ассимилирующие их в готовом виде из окружающей среды или организма хозяина (человека, животного), называются ауксотрофами по этому соединению. Чаще всего ими являются патогенные или условно-патогенные для человека микроорганизмы.

 

Метаболизм бактерий

Метаболизм (обмен веществ) бактерий представляет собой совокупность двух взаимосвязанных противоположных процессов катаболизма и анаболизма.

Катаболизм (диссимиляция) - распад веществ в процессе ферментативных реакций и накопление выделяемой при этом энергии в молекулах АТФ.

Анаболизм (ассимиляция) - синтез веществ с затратой энергии.

Особенности метаболизма у бактерий состоят в том, что:

· его интенсивность имеет достаточно высокий уровень, что возможно обусловлено гораздо большим соотношением поверхности к единице массы, чем у многоклеточных;

· процессы диссимиляции преобладают над процессами ассимиляции;

· субстратный спектр потребляемых бактериями веществ очень широк - от углекислого газа, азота, нитритов, нитратов до органических соединений, включая антропогенные вещества - загрязнители окружающей среды (обеспечивая тем самым процессы ее самоочищения);

· бактерии имеют очень широкий набор различных ферментов - это также способствует высокой интенсивности метаболических процессов и широте субстратного спектра.

Ферменты бактерий по локализации делятся на 2 группы:

· экзоферменты - ферменты бактерий, выделяемые во внешнюю среду и действующие на субстрат вне клетки (например, протеазы, полисахариды, олигосахаридазы);

· эндоферменты - ферменты бактерий, действующие на субстраты внутри клетки (например, ферменты, расщепляющие аминокислоты, моносахара, синтетазы).

Синтез ферментов генетически детерминирован, но регуляция их синтеза идет за счет прямой и обратной связи, т.е. для одних - репрессируется, а для других - индуцируется субстратом. Ферменты, синтез которых зависит от наличия соответствующего субстрата в среде (например, бета-галактозидаза, бета-лактамаза), называются индуцибельными.

Другая группа ферментов, синтез которых не зависит от наличия субстрата в среде, называется конститутивными (например, ферменты гликолиза). Их синтез имеет место всегда, и они всегда содержатся в микробных клетках в определенных концентрациях.

Изучают метаболизм бактерий с помощью физико-химических и биохимических методов исследования в процессе культивирования бактерий в определенных условиях на специальных питательных средах, содержащих то или иное соединение в качестве субстрата для трансформации. Такой подход позволяет судить об обмене веществ путем более детального изучения процессов различных видов обмена (белков, углеводов) у микроорганизмов.

 

Белковый обмен

Белковый обмен у бактерий - это, с одной стороны, - процесс синтеза собственных аминокислот и белков путем ассимиляции необходимых компонентов из внешней среды, а с другой, - внеклеточное расщепление белков под воздействием различных ферментов. Если расщепление белков происходит в анаэробных условиях, то этот процесс называется гниение, а если он идет в аэробных условиях - тление.

При наличии у бактерий протеаз белки расщепляются ими до промежуточных продуктов распада - пептонов, а при наличии у бактерий пептидаз пептоны расщепляются ими до аминокислот и продуктов их распада (аммиака, сероводорода, индола). Протеолитические (способность расщеплять белки) и пептолитические (способность расщеплять пептоны) свойства выражены далеко не у всех бактерий, поэтому их изучение в совокупности с другими ферментативными свойствами помогает идентифицировать бактерии.

 

Углеводный обмен

Углеводный обмен у бактерий также носит двоякий характер - это процесс синтеза и распада углеводов. Расщепление углеводов бактериями (сахаролитические свойства) в аэробных условиях с образованием углекислого газа и воды называется горением, а расщепление ими углеводов в анаэробных условиях - брожением.

В зависимости от характера конечных продуктов разложения углеводов в анаэробных условиях различают брожение:

· спиртовое,

· молочнокислое,

· пропионовокислое,

· муравьинокислое,

· маслянокислое,

· уксуснокислое.

Молекулярный кислород в процессах брожения не участвует. Большинство бактерий, осуществляющих брожение - облигатные анаэробы. Однако некоторые из них - факультативные анаэробы, способны осуществлять процесс брожения в присутствии кислорода, но без его участия. Более того, этот кислород подавляет процесс брожения. И оно сменяется горением (дыханием - конечный акцептор водорода - кислород). Этот эффект был назван эффектом Пастера и является одним из классических примеров смены метаболизма у бактерий в зависимости от условий среды.

 

Генетика бактерий.

Важнейшим признаком живых организмов являются изменчивость и наследственность. Основу наследственного аппарата бактерий, как и всех других организмов, составляет ДНК (у РНК-содержащих вирусов - РНК).

Наряду с этим наследственный аппарат бактерий и возможности его изучения имеют ряд особенностей. Прежде всего, бактерии - гаплоидные организмы, т.е. они имеют одну хромосому. В связи с этим при наследовании признаков отсутствует явление доминантности. Бактерии обладают высокой скоростью размножения, в связи с чем за короткий промежуток времени (сутки) сменяется несколько десятков поколений бактерий. Это дает возможность изучать огромные по численности популяции и достаточно легко выявлять даже редкие по частоте мутации.

Наследственный аппарат бактерий представлен хромосомой. У бактерий она одна. Если и встречаются клетки с двумя, четырьмя хромосомами, то они одинаковые. Хромосома бактерий - это молекула ДНК. Длина этой молекулы достигает 1,0 мм и, чтобы "уместиться" в бактериальной клетке, она не линейная, как у эукариотов, а суперспирализована в петли и свернута в кольцо. Это кольцо в одной точке прикреплено к цитоплазматической мембране.

На бакте