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.

Механизмы и пути передачи инфекции.

Это эволюционно-выработанный способ перемещения возбудителя из одного организма в другой, обеспечивающий его сохранение как биологического вида.

Фазы передачи инфекции:

1) выделение микроорганизма из заражённого

2) пребывание микроба в окружающей среде

3) внедрение возбудителя

Механизмы передачи инфекции:

1) Аэрогенный (аспирационный)

2) Фекально-оральный

3) Трансмиссивный

4) Контактный

Факторы передачи инфекции – это неживые элементы внешней среды, посредством которых осуществляется передача возбудителя от источника к восприимчивому организму (воздух, вода, пища, почва, предметы обихода…).

Путь передачи инфекции – совокупность факторов, определяющих способ проникновения возбудителя в восприимчивый организм, в конкретных условиях, месте и времени.

У каждого механизма передачи есть пути передачи:

1) Аэрогенный

а) воздушно-капельный

б) воздушно-пылевой

2) фекально-оральный

а) алиментарный (пищевой)

б) водный

в) контактно-бытовой

3 ) трансмиссивный

а) парентеральный

б) половой

в) через укусы насекомых

г) вертикальный

4) контактный

а) раневой

б) контактно-половой

 

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.