Введение в микробиологию. Учение об инфекции. Генетика микроорганизмов

Л е к ц и и п о м и к р о б и о л о г и и

Лекция №1.

Введение в микробиологию.

В микробиологии выделяют дисциплины:

1) бактериологию

2) микологию

3) вирусологию

4) протозоологию

 

Микробиология изучает морфологию и физиологию микроорганизмов, их обмен веществ, питание, дыхание, условия роста и размножения, генетические особенности патогенных микроорганизмов, роль микробов в этиологии и патогенезе инфекционных заболеваниях, клинику болезней, их распространенность, диагностику, профилактику и лечение инфекционных болезней, а так же экологию патогенных микробов.

Микробиология – наука, изучающая строение, жизнедеятельность и экологию микробов (мельчайших форм жизни животного и растительного происхождения) не видимых невооружённым глазом.

Микромир.

Царство прокариот	Царство Vira	Царство эукариот
Бактерии Актиномицеты Сине-зелёные водоросли	вирусы	Грибы, простейшие Водоросли (кроме сине-зелёных)

 

Микробы делятся на патогенные, непатогенные и условно-патогенные.

Патогенные (греч. patos – болезнь) – микробы, которые используют для своей жизнедеятельности живую клетку. Питаются и развиваются только за счёт органических субстратов. Вирусов насчитывается > 1000, а микробов > 3000.

Непатогенные (сапрофиты, греч. Sapros – гнилой) – это микроорганизмы, которые питаются органическими веществами от умерших организмов.

Условно-патогенные – в обычных условиях не вызывают заболевания. Их в организме человека примерно 10²⁴. Например: стафилококк, кишечная палочка…

 

Медицинская микробиология изучает патогенных для человека микроорганизмов. Она делится на общую и частную. Частная медицинская микробиология изучает возбудителей болезней. Делится на микологию, вирусологию, бактериологию и протозоологию. К мед микробиологии относят:

1) санитарную микробиологию

2) клиническую микробиологию

3) фармацевтическую микробиологию

Клиническая микробиология изучает условно-патогенных микроорганизмов, а так же клинический материал больного.

Этапы развития микробиологии:

1) Эвристический (IV – III вв. до н.э. – XVI в. н.э.)

2) Морфологический (XVI в. – XVII в.)

3) Физиологический (XVII в. – XVIII в.)

4) Иммунологический (XVIII в. – начало XX в.)

5) Молекулярно-генетический (середина XXв. – по наше время)

История развития микробиологии.

В начале VI в. люди начали осмысливать, что все болезни возникают при действии сил – микроорганизмов на организм. Гиппократ их назвал “неживыми миазмами”. Фракастро написал трактат “Принципы борьбы с контагиозными заболеваниями”.

В 1609 г. Галилей изобрёл первый микроскоп. А Левингук первый увидел и описал микробов.

Самойлович, Мечников, Гомолея, Заболоцкий и Савченко доказали этиологическую роль микроорганизмов путём самозаражения. Генри описал этиологическую роль микробов, а Кох её сформулировал виде триады Коха:

1) обнаружение микроба только при данном заболевании

2) выделение частной культуры при данном заболевании

3) доказательство в эксперименте, способность этой культуры вызывать именно это заболевание

Кох разработал методы окраски, открыл возбудителей холеры (холерный вибрион), TBC.

Нейсер открыл гонококки, Эйшерих – кишечную палочку, Сальмон – сальмонеллу.

В 1892 г. Д.И. Ивановский обнаружил царство Vira. Он открыл вирус табачной мозаики. Стал основоположником вирусологии.

В конце XIX в. обнаружено, что болезни могут вызывать ещё и простейшие. Возникает протозоология, основоположниками которой являются Леш, Баровский, Ливеран.

В физиологическом периоде началось изучение физиологии микроорганизмов. Изучены процесс обмена веществ, питания, дыхания… Определена их классиф222222икация. Началось изучение способов от их защиты. В 1769 г. Дженейр дал начало этому направлению. Он доказал, что прививки, сделанные микроорганизмами коровьей оспы предохраняют от натуральной оспы. Им были придуманы вакцины. Препараты по прививке от бешенства вывел Луи Пастер. Он открыл ферментативную природу брожения (анаэробный распад). Изучил принципы вакцинации от бешенства, разработал принцип аттенуации.

Мечников разработал основы клеточного иммунитета, а Эрлих основы гуморального иммунитета. Они приготовили противодифтерийную сыворотку. Обоим присуждена Нобелевская премия. Эрлих искал “Волшебную пулю” против микробов. Создал препарат Сальварсан (препарат 606), который впервые опробовал при сифилисе.

На современном этапе развиваются генная инженерия и биотехнология, которые занимаются:

1) расшифровкой молекулярной структуры вирусов и бактерий

2) расшифровкой хим. строения и синтеза некоторых антигенов

3) открытием новых антигенов

4) расшифровкой строения антител и Ig-ов

5) получением рекомбинантных вирусов и бактерий

6) синтезом отдельных генов вирусов и бактерий

7) получением рекомбинантных штаммов, сочетающих в себе свойства родительских особей и приобретенных новые свойства

8) получением новых вакцин

 

 

Лекция №2.

Учение об инфекции.

Инфекция, в переводе с греческого означает заражение.

Инфекционный процесс – сложный биологический процесс взаимодействия микроорганизма с макроорганизмом, который характеризуется нарушением гомеостаза макроорганизма, в результате внедрения и размножения микроорганизма и развитием комплекса защитных реакций, направленных на восстановление гомеостаза.

Эпидемический процесс – процесс возникновения и распространения среди населения специфических инфекционных состояний.

Эпидемиология – наука о закономерностях возникновения и развития эпидемического процесса и способах его ограничения и ликвидации.

В инфекционном процессе участвуют:

1) микроорганизм

2) макроорганизм

3) окружающая среда

 

Звенья эпидемического процесса:

1) источник инфекции

2) механизмы и пути передачи

3) восприимчивый организм

 

Микроорганизм.

Патогенность – свойство, которым должен обладать микроорганизм, чтобы вызвать заболевание. Это видовой, генетически детерминированный признак, который обозначает потенциальную способность вызывать инфекционный процесс.

Микроорганизмы делятся на патогенные, непатогенные и условно-патогенные.

Характеристики патогенных микроорганизмов:

1) специфичность (способность вызывать только одно определённое заболевание)

2) органотропность (способность поражать только определённые органы)

3) инфицирующая доза (минимальное количество микробов, которое может вызвать инфекционный процесс)

Входные ворота – место проникновения микроба в макроорганизм.

Вирулентность – фенотипическое проявление генотипа патогенных микробов (мера патогенности).

Патогенность реализуется через материальные носители (факторы патогенности):

1) подвижность

2) ферменты, разрушающие субстраты слизи (лецитиназа – у стафилококка)

3) факторы адгезии и колонизации (ворсинки, белки наружной мембраны и прочие)

4) факторы инвазии (с помощью которых проникают в клетку)

5) факторы, препятствующие фагоцитозу (маскировка от фагоцитов посредством капсул, подавление действия фагоцитов)

6) факторы, подавляющие фагоцитоз (подавляют окислительный взрыв фагоцитов)

7) ферменты “защиты” и “агрессии” (способствуют распространению в тканях организма, например фибринолизин и гиалуронидаза)

8) токсины микробов (эндо- и экзотоксины)

Эндотоксины высвобождаются после гибели бактерий. Действие у них неспецифическое воспалительное и пирогенное. По сути, они липиды. Экзотоксины выделяются при жизни микроба. Обладают избирательностью действия. По сути – белки. Сильные антигены. Если токсин обработать формалином, он становится анатоксином (ослабленным токсином). По характеру токсического действия экзотоксины делятся на:

1) цитотоксины (блокируют синтез белка на субклеточном уровне, например дифтерийный гистотоксин).

2) Мембранотоксины (повышают проницаемость поверхностных мембран, например гемолизин повышает проницаемость мембран эритроцитов).

3) Функциональные блокаторы (блокируют функции тех или иных тканевых систем, например нейротоксин блокирует передачу нервных импульсов в клетках спинного мозга).

4) Эксфолиотины и эритрогенины (имитируют структуры ферментов, гормонов, белков…)

Источник инфекции.

Это объект, служащий местом естественной жизнедеятельности возбудителя, из которого происходит заражение. По характеру источника инфекции болезни делятся на:

1) антропонозы

2) зоонозы

3) сапронозы (источник заражения в почве)

Окружающая среда.

Факторы окружающей среды, влияющие на макро- и микроорганизм: химические, физические и биологические.

Макроорганизм.

Характеризуется свойствами:

1) резистентность (устойчивость) – обусловлена неспецифическими факторами защиты.

2) Восприимчивость – способность организма реагировать на внедрение патогенных микробов, развитием инфекционного процесса.

Эти характеристики зависят от возраста, пола, физиологического состояния иммунитета, характера обмена веществ…

Инфекционный процесс может протекать типично и атипично (стёрто).

Принципы профилактики:

1) направленная на источник инфекции

а) диагностические мероприятия

б) изоляция

в) лечение

г) санитарно-ветеринарные мероприятия

2) направленная на пути передачи

а) санитарно-гигиенические мероприятия

б) дезинсекция

3) вакцинация

4) лабораторные исследования

 

Лекция №3.

Генетика микроорганизмов.

Основная догма молекулярной биологии: “Генетический код одинаков для всех существ”.

Кодон – функциональная единица, кодирующая аминокислоту.

Ген – единица наследственности. Представляет собой участок ДНК, в котором зашифрована последовательность аминокислот в белке, контролирующая его признак.

Генотип – совокупность всех генов.

Фенотип – внешнее проявление генома в конкретных условиях обитания.

 

Гены делятся на:

1) структурные (определяют синтез белка)

2) операторы (управляют структурными генами)

3) регуляторы (определяют синтез репрессоров, подавляющих деятельность структурных генов в отсутствии субстрата)

Оперон – структурно-функциональная единица хромосомы. Объединяет оператор и структурные гены.

 

Бактерии.

У бактерий одна хромосома (двухцепочечная суперспирализованная ДНК). Ядра нет. Хромосома не отграничена мембранами. Находится в цитоплазме, одним концом прикреплена к цитоплазматической мембране. Бактерии гаплоидны. Передача генетической информации может быть горизонтальной (от одной к другой). Имеют дополнительный геном – плазмиды.

 

Виды изменчивости: ненаследственная (модификационная) и наследственная (генотипическая).

Наследственная изменчивость - фенотипическое изменение какого-либо признака или нескольких признаков, возникающая как адаптативная реакция на изменяющиеся условия окружающей среды. Не сопровождаются изменением первичной структуры ДНК.

Мутации – последовательная изменчивость. Это стойкие изменения в первичной структуре ДНК, которые выражаются в наследственно-закреплённом изменении признака. По происхождению бывают спонтанные и индивидуальные (в эксперименте). По количеству мутированных генов бывают генные и хромосомные.

Генные мутации – бывают со сдвигом считывания и точковые.

Хромосомные мутации – делеция (выпадение), инверсия (поворот на 180˚) и дупликация (удвоение).

 

Рекомбинации (горизонтальная передача генетического материала).

Это взаимодействие между двумя геномами. Приводит к образованию дочернего генома, сочетающего гены обоих родителей. Выделяют клетки-доноры (передают генетический материал) и клетки-реципиенты (принимают его).

В клетку проникает только часть хромосомы клетки-донора (т.е. несколько генов). Образуется только 1 рекомбинант. В нём генотип (в основном) реципиента, + несколько генов донора.

Виды рекомбинаций:

1) общие (гомологичные) – высокая степень сходства между участками ДНК.

2) Сайт-спецефические (в определённых участках ДНК) – не требуют высокой степени гомологии. Участвует 10-20 пар нуклеотидов.

3) Незаконные (не требуют гомологии ДНК) – участвуют подвижные генетические элементы: транспозоны и инсерционные последовательности. Участвует от 2000 до 20000 пар нуклеотидов.

Транспозоны – несут информацию, кодирующую то или иное свойство.

Инсерционные последовательности – несут гены только для перемещения по бактериальной хромосоме (приблизительно 1000 пар нуклеотидов).

Все они самостоятельно удваиваться не могут. Они удваиваются только в составе хромосомы.

Механизмы рекомбинаций:

1) трансформация

2) трансдукция

3) конъюгация

 

Трансформация.

Это передача генетического материала выделенную из клетки-донора ДНК. Погибшие бактерии высвобождают ДНК, которая воспринимается другими бактериями.

Условие трансформации – компетентность реципиента (свойство поглощать ДНК). Свойства белка: гомологичность, наличие α-закрученной спирали, высокая молекулярная масса. Стадии трансформации:

1) адсорбция ДНК на участок клеточной стенки

2) проникновение (ферментативное расщепление ДНК)

3) интеграция (выстраивание в геном)

 

Трансдукция.

Осуществляется с помощью бактериофагов (вирусов бактерий).

В инфицированной бактериофагом клетке, в ходе сборки в головке бактериофага содержится фрагмент бактериальной ДНК (который случайно туда попал). Этот бактериофаг должен обладать следующими свойствами:

1) иметь бактериальную ДНК

2) должен быть неспособен к репликации

Такие бактериофаги называются дефектными.

Посредством трансдукции передаются гены устойчивости к антибиотикам.

 

Конъюгация.

Это передача генетического материала при непосредственном контакте клеток.

Это односторонний перенос ДНК от клетки-донора к клетке-реципиенту. У доноров обязательно должен быть фактор плодовитости (или фактор фиктивности) – F⁺ - клетки.

F⁺ - женские клетки (доноры).

F^- - те клетки, у которых этот фактор отсутствует.

F_pili – трубочки, через которые переходит передача генетического материала.

 

Плазмиды.

Это двухцепочечные кольцевые ДНК, несущие гены, необязательные для жизнедеятельности клетки. Находятся в протоплазме бактерий.

Функции плазмидов:

1) регуляторная (компенсация метаболических дефектов)

2) кодирующая (несёт информацию о новых признаках)

Свойства плазмидов:

1) могут реплицироваться (саморегуляторно)

2) явление поверхностного исключения (в одной клетке не может быть одинаковых плазмидов)

3) явление несовместимости (если в клетку проникла новая плазмида и она идентична уже имеющейся, то она сразу же разбирается)

4) способность к самопереносу

Эписомы – плазмиды в свободном состоянии в цитоплазме.

Интегрированные плазмиды – встроенные в хромосому.

 

Виды плазмидов

Категории	Свойства
F-плазмиды	Доноры
R-плазмиды	Устойчивость к лекарственным веществам
Col-плазмиды	Синтез колицинов
End-плазмиды	Синтез энтеротоксинов
Hly-плазмиды	Синтез гемолизинов
Биодеградативные плазмиды	Разрушение органических и неорганических веществ

 

 

Лекция №4.

Клеточная стенка (КС).

Имеет 2 слоя:

1) наружный (пластичный)

2) внутренний (регидный)

Основа КС – пептидогликан (муреин). Он включает в себя остов и 2 набора пептидных цепочек (боковых и поперечных). Остов состоит из чередующихся молекул аминокислот (N-ацетилглюкозамина – N-ацетилмурамовой кислоты), которые соединены между собой β-гликозидной связью. Гликановые молекулы связаны поперечной пептидной связью. Из 20-и аминокислот только 4 есть в КС бактерий (что отличает бактериальную КС от эукариотической) – это глицин, аланин, лизин и глутаминовая кислота.

Основу пептидной связи Пептидогликана Грам ^– бактерий составляют тетрапептиды, которые представлены чередующимися L- и D-аминокислотами (L-аланин – D-глутаминовая кислота – мезодиаминопимелиновая кислота – D-аланин). У грам ^– бактерий состав и строение КС стабильны. У Грам⁺ бактерий часто вместо мезодиаминопимелиновой кислоты содержится лизин.

Функции КС:

1) обеспечение постоянной формы клетки;

2) защита внутренней части клетки от механических и осмотических внешних воздействий;

3) участие в регуляции роста и делении клеток;

4) обеспечение коммуникации через каналы и поры с внешней средой;

5) наличие специфических рецепторов для бактериофагов;

6) определяют характеристику бактерий (т.е. КС – О-антиген);

7) нарушение синтеза пептидогликана – причина L-трансформации;

8) иммунобиологические свойства (за счёт пептидогликана):

а) в составе обнаружены родоспецифические антигенные детерминанты;

б) пептидогликан запускает классические и альтернативные пути активации системы комплемента;

в) тормозит фагоцитарную активность макрофагов (защищает Грам⁺ бактерии от фагоцитоза);

г) угнетает миграцию макрофагов;

д) способен индуцировать развитие гиперчувствительности замедленного типа;

е) обладает противоопухолевым действием;

ж) оказывает пирогенное действие на организм.

 

Отличия Грам⁺ от Грам ^– бактерий.

Клеточная стенка
Грам^+	Грам ^-
Имеет однородную структуру. Пластинчатый слой ковалентно связан с ригидным слоем. КС толстая (20-60 нм), имеет до 40 слоёв. Содержание пептидогликана до 90%. КС содержит много тейхоевых и липотейхоевых кислот. В большинстве случаев не содержит липидов (только у некоторых (например у возбудителя tbc) есть воск и жирные кислоты. Нет мезодиаминопимелиновой кислоты.	Толщина КС 10-18 нм. Имеет 2 слоя пептидогликана. Выделяются чётко 2 слоя: пластинчатый и ригидный. Масса сухого веса 5-10%. Много липопротеинов, ЛПС, фосфолипидов. Имеется больше белка, чем у Грам^+. Пластинчатый слой имеет мозаичное строение (за счёт ЛПС и ЛП).

 

Цитоплазма.

Представляет из себя коллоидную систему. Не содержит ЭПС, комплекса Гольджи и других органелл. Она неподвижна. Содержит ДНК, рибосомы и гликоген (которые занимают основное пространство бактериальной клетки). Остальное пространство занимают ферменты и _МРНК и _ТРНК.

Отличительная особенность от эукариотической клетки, это то, что нет ядерной оболочки, гистонов и ядрышек.

ДНК прикреплена к ЦМ.

Объём генетической информации у разных бактерий разный. В ней могут находиться плазмиды (несут гены, определяющие патогенность и вирулентность). Плазмиды делятся на:

1) эписомальные

2) интегрированные

В цитоплазме содержится много рибосом. Отличио от эукариот, это то, что имеют коэффициент седиментации 70S.

Зёрна волютина – это запас питательных веществ бактерии (является дифференциальным диагностическим признаком некоторых бактерий).

 

Наружная мембрана (НМ).

Имеется только у Грам ^– бактерий. Её компоненты: фосфолипидный бислой, ЛП, ЛПС (мозаично). ЛПС состоит из липида-А, ядра и О-спецефической цепи полисахарида.

 

 

Лекция №5.

Реакции иммунитета.

Реакции иммунитета – это реакции, в которых АГ соединяется с АТ.

На этих реакциях основана иммунодиагностика.

Иммунодиагностика – это выявление и идентификация АГ и АТ, а так же оценка иммунного статуса человека.

Реакции АГ+АТ называют серологическими, а методы диагностики – серологические методы. В диагностике выделяют 2 направления:

1) серодиагностика (используются известные АГ, а ищем АТ);

2) сероидентификация (есть препараты с известными АТ, а АГ неизвестны).

 

Реакция (in vitro) протекает в 2 фазы:

1) специфическая (АГ соединяется с АТ) – реакция не видна;

2) неспецифическая (протекает при оптимальном уровне ph среды) – изменения видимы: появляется осадок или хлопья.

В качестве АТ выступают иммуноглобулины сыворотки крови, а в качестве АГ – АГ микроорганизмов.

Токсины бактерий являются сильными антигенами.

АГ используются в:

1) лечебно-профилактических препаратах (сыворотки, вакцины);

2) диагностических препаратах – диагностикумах (т.к. содержат АГ).

 

АГ могут быть общими для одного рода, вида, класса…, но внутри клетки они могут различаться (серогруппы и серовары (серотипы)).

Например, пневмококк имеет более 80 серогрупп, сальмонеллы по О-АГ делятся но серогруппы, а по Н-АГ на серовары (более 2000).

Жгутики, капсулы, клеточная стенка, цитоплазматическая мембрана, рибосомы обладают антигенными свойствами. Так же этими свойствами обладают токсины и ферменты.

 

Виды антигенов:

1) соматические (О-АГ) – по своей сути полисахарид, который располагается в наружной мембране. Они термостабилен (выдерживают температуру до 100˚С), но чувствительны к альдегидам и спиртам. Антигенную специфичность определяют дезоксисахара.

2) Жгутиковые (Н-АГ) – по своей сути белки (содержат белок – флагелин). Обладают высокой специфичностью. Термолабильны (разрушаются при температуре 80˚С), но устойчивы к альдегидам и спиртам. Присутствуют у Грам ^– бактерий.

3) Капсульные (К-АГ) – располагаются в клетке более поверхностней, чем О-АГ. По своей природе – полисахариды и полипептиды (например возбудитель сибирской язвы). V-АГ – разновидность капсульных АГ. У них повышена вирулентность (например возбудитель брюшного тифа).

4) Тейхоевые кислоты – содержатся у Грам⁺ бактерий. Состоят из цепей от 8 до 50 остатков глицерина, которые соединены фосфатными мостиками.

5) Экзотоксины – сильнейшие АГ.

6) Протективные – это группа АГ с сильно выраженной иммуногенностью. Используются для производства вакцин (с использованием анатоксинов возбудителей сибирской язвы, чумы, туляремии, бруцеллёза и т.д.).

7) Перекрёстно-реагирующие – АГ, общие с АГ тканей млекопитающих (например эритроциты имеют общий АГ со стафилококком, стрептококком, кишечной палочкой).

8) Супперантигены – активируют Т-систему иммунитета, вызывая аутоиммунные заболевания (имеются у стафилококков).

9) АГ вирусов – бывают:

А) ядерные (ДНК, РНК…),

Б) капсидные (белок, нуклеопротеины),

В) супперкапсидные.

 

· вируснеспецифические (информация заложена в геноме)

· компоненты клеток хозяина (свою оболочку вирус получает из клетки хозяина)

 

 

Реакции иммунитета (АГ+АТ).

Если неизвестен АГ, то он определяется у бактерий. Если неизвестно АТ, то оно определяется в сыворотке крови.

Группы реакций:

1) протекающие с укрупнением частиц АГ:

а) реакция агглютинации - РА (с вариантами)

б) реакция преципитации - РП

2) протекающие с нейтрализацией АГ:

а) реакция флоккуляции – РФ

б) реакция нейтрализации вирусов – РНВ

в) реакция торможения гемагглютинации - РТГА

3) протекающие с участием комплемента

* реакция связывания комплемента - РСК

4) протекающие с участием фагоцитов

* опсонофагоцитарная реакция

5) протекающие с участием меченных АГ или АТ

а) ИФА

б) РИА

в) РИФ

 

Реакция агглютинации.

Простая реакция. Происходит связывание АТ с корпускулярным АГ (бактерии, эритроциты с адсорбированными на них АГ и АТ). Реакция используется где неизвестны АТ:

1) реакция Райта (диагностика tbc, исследуем сыворотку крови на наличие АТ к возбудителю tbc).

2) Реакция Видаля (при брюшном тифе)

Варианты РА:

1) развёрнутая РА (реакция Видаля) – сыворотка крови больного разводится и в неё добавляют диагностикум. Если есть АТ, то образуются хлопья (О-агглютинация – мелкие хлопья, т.к. взаимодействует О-АГ наружной мембраны; Н-агглютинация – крупные хлопья).

2) Ориентировочная РА – определяем АГ, но известны АТ в диагностической сыворотке. Исследуемый материал – микробная культура. Реакция ставится на предметном стекле: капля сыворотки + неизвестный микроорганизм (метод Кастелляни (с помощью этого метода получают адсорбированные агглютинирующие сыворотки)).

3) Реакция непрямой (пассивной) гемагглютинации (РНГА или РПГА) – используется диагностикум с адсорбированными АТ + неизвестная культура. В результате образуется фистончатый осадок эритроцитов (при положительной реакции).

4) Реакция коагглютинации – в качестве корпускулярного АГ используется стафилококк Коха.

Реакция преципитации.

С АТ взаимодействует молекулярный растворимый АГ.

Преципитат – специфический осадок (комплекс растворённого АГ и АТ).

1) кольцо преципитауии (на границе 2-х сред образуется кольцо (реакция Асколи – диагностика сибирской язвы)).

2) Двойная иммунодиффузия по Оухтерлени (реакция в полужидком геле. В геле вырезаются луночки, в которые отдельно добавляют АГ и АТ, которые диффундируют в агар (если есть реакция, то образуются палочки)).

3) Радиальная диффузия по Манчини (в полужиткий гель сразу вводят АТ, а в лунки добавляют АГ).

4) реакция флоккуляции по Рамону (в качестве АГ используется токсин или анатоксин, а АТ – анатоксическая сыворотка).

 

Реакция нейтрализации.

Результат реакция выявляют с помощью тест-объектов (животные, куриные эмбрионы, культуры клеток…). Смесь АГ и АТ инкубируют и вводят тест-объекту, если животное погибло, то реакция отрицательна(АГ с АТ не связались), если выжило, то положительна.

 

Лекция №6.

Физиология микроорганизмов.

 

В микробиологии, основное в систематике и номенклатуре – это вид (основная категория).

Царство

 

Подцарство

 

Отдел

 

Порядок

	Не основные (не токсономические) понятия

 

Основные токсономические понятия

Семейство

 

Класс

 

Подкласс

Род

Вид

Подвид

Вид – эволюционно сложившаяся совокупность особей, имеющих единый генотип, степень гомологии ДНК 60 и более и имеющих в стандартных условиях максимально близкие фенотипические признаки, но при этом отличающиеся друг от друга по роду.

 

Пример: Salmonella thyphi

 

род вид

 

В основе классификации положены признаки и свойства:

 

1) Морфологические свойства (величина, форма, характер взаимного расположения микробов);

2) тинкториальные свойства (отношение бактерий к окраске, например Грам⁺ или Грам ^-);

3) культуральные свойства (особенности роста на жидких (образование плёнки, осадка, помутнения) и плотных (образование колоний, размер, цвет, консистенция, края, образование пигмента, прозрачность колоний) питательных средах);

4) Подвижность (бывают подвижны и неподвижны. Характеризуется наличием или отсутствием жгутиков, а так же наличием сократительных белков и аксистиля);

5) Спорообразование (характер образования и форма спор);

6) Физиологические свойства (способы углеродного и азотного питания, типы дыхания, т.е. принадлежность к строгим аэробам, анаэробам или же факультативные);

7) Биохимические свойства (способность ферментировать углеводы, аминокислоты, многоатомные спирты, а так же протеолитическая активность (например свёртывание молока);

8) Чувствительность к специфическим бактериофагам (она либо есть, либо её нет);

9) Антигенные свойства (зависят от химического состава КС, а так же от наличия капсул и жгутиков);

10) Химический состав КС (содержание сахаров и аминокислот);

11) Липидный и жирнокислотный состав (количественный и качественный состав, т.е. какие и сколько);

12) Белковые спектры (аналогично – какие и сколько).

 

Колония – видимая простым глазом, изолированная популяция микробных клеток, образующихся в результате размножения и накопления бактерий за определённый срок инкубации на питательной среде (на её поверхности или в толще).

Образуется из 1-ой родительской клетки. Из этого следует, что из 1-ой изолированной колонии может быть получена чистая культура возбудителя.

Чистая культура – совокупность микробов одного вида или варианта, полученная из одного образца материала (т.е. из одной клетки) и содержащаяся в определённом объёме среды (например в пробирке или чашке Петри).

	Основной принцип бактериологии – изучение чистых культур бактерий.

 

 

 

Штамм – идентифицированная чистая культура микроорганизмов, выделенная из какого-либо источника (организм, внешняя среда и т.д.) и отличающаяся от других представителей рода.

Клон – совокупность потомков, выращенных из единственной микробной клетки.

 

Для образования некоторых совокупностей микробов, которые отличаются по некоторым свойствам, употребляется суффикс вар.

Морфовары – отличаются по морфологии.

Серовары - отличаются по антигенным свойствам.

Биовары - отличаются по биохимическим свойствам.

Фаговары - отличаются по чувствительности к специфическим бактериофагам.

 

Физиология микроорганизмов.

Физиология микроорганизмов включает их типы питания, дыхания, размножения, развития, роста и т.д.

Химический состав бактерий:

1) вода (до 80%, в спорах до 18-20%) – при недостатке воды микроорганизмы не размножаются и это используется при леофилизации (высушивание микроорганизмов в вакууме из замороженного состояния, т.е. микробы живые, но высушенные. Таких микробов можно упаковать в стерильную посуду, что активно используется при их транспортировке.

2) Белки (≈ 40 – 80% от сухой массы) – определяют свойства бактерий. Состоят из 20 аминокислот.

3) Диаминопимелиновая кислота.

4) Нуклеиновые кислоты (ДНК, РНК) – молекула ДНК представлена в виде хромосомы, отвечает за наследственность. РНК представлена в виде _ИРНК, _РРНК и _ТРНК.

5) Углеводы (моно-, ди- и полисахариды) – капсула имеет полисахаридную природу, полисахариды входят в состав ЛПС наружной мембраны, в которую так же входят липиды (особенно у Грам ^- бактерий). Липиды так же содержатся в составе КС (например у микобактерий tbc, а так же липиды определяют токсигенные свойства. Кроме того, липиды – это запас питательных веществ.

6) Минеральные вещества (макро- и микроэлементы, P, K, Na, Ca, Mg, а так же Zn, Ba и др.) – участвуют в процессах метаболизма клеток в виде коферментов.

 

Физиология сигналов.

Бактерии воспринимают информацию из окружающей среды. Информация поступает в бактериальную клетку через её мембраны.

Химические сигналы (вода и аминокислоты) зависят от концентрации веществ и проницаемости мембран. Основной регулятор поступления веществ из вне в клетку – ЦМ. Все питательные вещества поступают в клетку с помощью следующих механизмов:

1) простая диффузия (пассивный транспорт) – осуществляется за счёт разного содержания в среде и в клетке питательных веществ. Протекает по градиенту концентрации. Когда концентрация питательных веществ в клетке и во внешней среде равна, то данный вид транспорта прекращается. Она идёт без затраты энергии, без субстратной специфичности.

2) Облегчённая диффузия – выраженная субстратная специфичность. Протекает с помощью пермиаз (белков-переносчиков, которые “распознают” нужную клетке молекулу), а из этого следует, что не требуется большой затраты энергии. Диффузия протекает по градиенту концентрации. Характеризуется субстратной специфичностью и большой скоростью.

3) Активный транспорт – растворённые вещества поступают в клетку против градиента концентрации (т.е. клетка как бы “насасывает” в себя нужные вещества). Кроме пермиаз, так же используется транспортная система. Тратится много энергии, с субстратной специфичностью.

4) Перенос (транслокация) групп – могут изменяться конфигурации молекул (например нитраты – в нитриты, сульфаты – в сульфиты). Так же в процессе участвует фосфаттранспортная система.

 

Транспортные системы – это системы, которые связывают белки с пермиазами.

Функции транспортных систем:

1) поддерживание на высоком уровне внутриклеточной концентрации субстратов, необходимых для биохимических реакций (с максимально высокими скоростями, даже при низкой концентрации субстрата во внешней среде;

2) регуляция осмотического давления в клетке (и ph среды).

Типы питания:

I. По типу углеродного питания:

1) аутотрофы (autos – сам, trophos – питание) – организмы, которые удовлетворяют свои потребности за счёт СО₂.

2) гетеротрофы (gegeros – другой) – не могут ограничиться СО₂. для них нужны готовые органические соединения (т.е. паразитируют в организме).

а) сапрофиты (питаются мёртвыми органическими субстратами)

б) паразиты (питаются за счёт других клеток)

- облигатные (обязательные) – паразитируют только внутри живой клетки

- факультативные (существуют как в живой клетке, так и вне её)

 

II. В зависимости от