Форми мінливості мікроорганізмів.

Зміни та їх форма у світі мікроорганізмів можуть бути різними і залежать від багатьох причин. Фенотипічні зміни пов'язані з умовами середовища, не успадковуються, хоча і можуть зберігатися тривалий час. Генотипічну зміни успадковуються.

^ Фенотипічні зміни.

До фенотипічних змін відносять адаптацію та модифікацію.

Адаптація - пристосування мікроорганізмів до умов середовища.

В даний час це явище пояснюється не зміною в мікробній клітині, а розвитком раніше змінених особин і загибеллю непристосованих, що встановлено при дії на мікроби антибіотиків. Пристосовані клітини розмножуються, а інші - гинуть, тобто відбувається природний відбір.

Модифікація - зміна мікроорганізмів під впливом умов середовища. Змінюються тільки фенотипічні (зовнішні) ознаки (форма, розміри, колір колоній). Так, додавання в середовище хлориду кальцію призводить до вкорочення клітин кишкової палички. Якщо з середовища видалити це речовина, вони знову приймають вихідну форму. Додавання в середу гліцерину і аланіну викликає поліморфізм у холерного вібріона. Модифікація спостерігається в нормальних умовах життя, це реакція на зовнішні подразнення, не пов'язані з порушенням фізіологічних процесів в організмі. При тривалих і сильних впливах на мікробну клітину можуть бути і більш глибокі зміни: палички приймають округлу форму і навіть проходять через пористі фільтри.

^ Генотипический зміни.

Мутації-успадковані зміни в послідовності окремих нуклеотидів, які призводять до появи мікробів з новими властивостями. Такий ген кодує білок, що відрізняється від вихідного по властивостям і функціям.

Термін мутація введений голландським ученим Хуго де Фріз, 1901) властиві всім живим істотам, в тому числі і мікроорганізмам.

^ Спонтанні мутації (без спрямованого впливу) дуже рідкісні: приблизно одна на 100 тис. Вони характеризуються зміною якого-небудь одного ознаки і зазвичай стабільні.

Індуковані, або мутагенні, мутації виникають унаслідок дії чинників середовища. Вони зустрічаються порівняно часто. Мутагени підрозділяються на фізичні, хімічні та біологічні. До фізичних відносять різного роду випромінювання: ультрафіолетові, рентгенівські, радіоактивні. Вони викликають пошкодження генетичного апарату, зміна ознак, властивостей мікробів; до хімічних - сильнодіючі речовини: отруйні (іприт), лікарські (йод, пероксид водню), кислоти (азотистая) та ін Прикладом біологічних мутагенів може бути ДНК. Так, при введенні в клітини ембріона дрозофіли деяких видів онковирусов дорослі особини набувають нові ознаки: на голові виникають незвичайні вирости або поглиблення, іноді зникають очі. Відрізок вірусної ДНК, що вбудовується в одну з хромосом дрозофіли, викликає диференціювання клітин, і, як результат, з'являються морфологічні та інші зміни.

Існують великі і дрібні (точкові) мутації. До великих належать мутації, які характеризуються випаданням великої ділянки гена. Точкова мутація відбувається всередині гена і являє собою заміну, вставку (дуплікація), випадання (делеція) однієї пари азотистих основ ДНК. В результаті точкових мутацій відбувається спадкове зміна яких властивостей мікробної клітини, яка, як правило, залишається життєздатною.

Доведено мутагенна дія вірусів і живих вірусних вакцин на ссавців. Вони пошкоджують спадковий апарат не тільки соматичних, але і статевих клітин. Мутагенна дія вірусів особливо активно проявляється під час епізоотії та епідемій. Чисельність мутацій зростає також при порушенні метаболізму і старінні організму.

Для отримання корисних ознак у мікроорганізмів застосовують самі різні мутагени. Таким методом виділені високоактивні штами продуцентів антибіотиків і інших речовин. Після опромінення продуцента пеніциліну отримані штами, які по своїй активності в десятки-сотні разів перевершують вихідні. У поєднанні з іншими чинниками і при створенні оптимальних умов росту біосинтез підвищувався: пеніциліну в 10 тис. разів, вітаміну В2 (рибофлавіну) в 20 тис., вітаміну Bi₂ (ціанкобаламін) в 50 тис. разів.

Необхідно відзначити, що після мутагенезу з'являються не тільки корисні, але й шкідливі ознаки. Мікробів з корисними ознаками буває дуже мало, а найголовніше - для їх визначення доводиться проробляти величезну роботу: не тільки виділяти тисячі штамів в чисту культуру, але і вивчати їхні властивості. Так, тривалим і копіткою працею вдалося в багато разів підвищити вихід незамінних амінокислот (лізин, глутамінова). Дія радіоактивних речовин викликає глибокі зміни в генетичному апараті, але серед мікробів з'являються раси, стійкі до них.

^ Комбінатівная зміни.

Комбінатівная зміни з'являються в результаті трансформації, трансдукції і кон'югації.

Трансформація - це процес перенесення ділянки генетичного матеріалу ДНК, що містить одну пару нуклеотидів, від клітини-донора до клітини-реципієнта. Вперше це явище встановлено в 1928 р. англійським мікробіологом Ф Гриффитом.

Процес трансформації може мимовільно відбуватися в природі у деяких видів бактерій, частіше грампозитивних, коли ДНК із загиблих клітин захоплюється реціпіентная клітинами.

Досвід Ф.Гріффіта

Мишам одночасно були введені дві культури пневмококів: непатогенних, позбавлена ​​капсули (R-штам) і патогенна культура з капсулою (S-штам), убита нагріванням. Всі миші загинули від пневмонії (запалення легенів). З органів полеглих тварин була виділена капсульна, вірулентна культура пневмокока. Чому так сталося, ні автор, ні інші дослідники в той час не могли пояснити. Культура вбитого нагріванням капсульного пневмокока викликала в організмі трансформацію живих бескапсульних мікробів, в результаті чого у них з'явилася здатність до утворення капсули, що і зумовило патогенність.

У процесі трансформації розрізняють п'ять стадій: перша-адсорбція трансформуючою ДНК на поверхні мікробної клітини; друга - проникнення ДНК у клітину-реципієнт; третя - спаровування упровадився ДНК з хромосомними структурами клітини; четверта - включення ділянки ДНК клітини-донора в хромосомні структури клітини-реципієнта; п'ята - подальша зміна нуклеотиду в ході подальших поділів.

Трансформуватися можуть стійкість і чутливість до антибіотиків, здатність до синтезу ферментів і т. д. Трансформація ознак ДНК відбувається тільки за певних умов і фізіологічних станах клітини, що отримали назву «стан готовності». Оптимальна температура трансформації 29-32 ° С. Висока температура (80-100 ° С), хімічні речовини (азотиста кислота), ультрафіолетові випромінювання, фермент ДНК-аза припиняють трансформує дію ДНК. Таким чином, нуклеїнові кислоти - носії спадкової інформації.

В даний час трансформація є основним методичним прийомом в генній інженерії, використовуваним при конструюванні рекомбінантних штамів із заданим геномом.

Кон'югація - передача генетичного матеріалу від клітки-донора в клітку-реципієнта при безпосередньому статевому контакті клітин. Необхідною умовою кон'югації є наявність у клітині-донорі трансмісивною F-плазміди (фертильності, плодючості). Ця плазміда здатна передаватися від донора до реципієнта, вона кодує синтез статевих пілей, що утворюють кон'югаціонной місток між клітиною-донором і клітиною-реципієнтом, по якому відбувається передача плазмідної і клітинної ДНК. В результаті такого перенесення клітина-реципієнт отримує донорські властивості.

Трансдукція - передача бактеріальної ДНК за допомогою бактеріофага. У процесі реплікації фага всередині бактерій _{фраг-ме} нт бактеріальної ДНК проникає в фагових часток і переноситься в бактерію-реципієнт під час фагової інфекції.

Існують два типи трансдукції: загальна і специфічна. ^ Загальна трансдукція (неспецифічна} -перенесення бактеріофагом фрагмента будь-якій частині бактеріальної хромосоми. Специфічний ська трансдукція - перенесення в клітку-реципієнта суворо певної ділянки бактеріальної ДНК донора.

14. Капсула бактерій, хімічний склад та значення, методи виявлення

Капсула бактерій

В залежності від товщини і щільності зв’язку з стінкою клітини капсули поділяють на:

макрокапсули (істинні) – видимі в світловий мікроскоп, товщина > 0,2 мкм, виявляють за допомогою спеціального методу забарвлення за Бурі-Гінсом

мікрокапсули (товщина < 0,2мкм), невидимі в світловий мікроскоп, виявляють за допомогою електронної мікроскопії або за допомогою серологічних реакцій

Капсулоподібна оболонка або слизовий шар – нещільно зв’язана з поверхнею клітини (ліпідо-полісахарідний шар)

Функції та властивості капсули

1.Захисна функція:

Захист від несприятливих факторів навколишнього середовища (інсоляції, висушування, бактеріофагів)

Антифагоцитарна роль (обумовлює патогенні властивості капсульних бактерій)

2.Адгезивна функція

Полісахариди капсули споріднені до певних клітин або тканин організму людини (тропізм)

3.Антигенні властивості

Полісахариіди або поліпептиди капсул утворюють К-АГ – при потраплянні в організм викликає імунну відповідь

Використовують для виготовлення вакцин проти капсульних бактерій

Будова клітинної стінки

Будова клітинної стінки

Особливості будови клітинної стінки гр(+) бактерій:

Особливості будови клітинної стінки гр(+) бактерій

Особливості будови клітинної стінки гр(-) бактерій

1. складається із трьох шарів, різних за хім. будовою:

- внутрішній шар ригідний представлений 1 або 2 шарами пептидоглікану,який складає 20% сухого залишку

середній шар - ліпопротеїновий (зовнішня мембрана) зовнішній шар - ліпополісахаридний пластичний шар

до складу пластичного шару входять білки, фосфоліпіди, ліпополісахариди

2. товщина клітинної стінки  20нм.

4. менш ригідна,чим клітинна стінка гр(+) бактерій

 

Особливості будови клітинної стінки гр(-) бактерій

Функції клітинної стінки

 

5. Транспортна

6. Приймає участь у поділі клітини

7. Токсичні властивості (ендотоксин)

8. Будова та хімічний склад клітинної стінки бактерії обумовлює її тінкторіальні властивості (здатність сприймати барвники)