Питание микроорганизмов

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Питание микроорганизмов

Микроорганизмы не имеют специальных органов питания, обмен веществ у них происходит путем осмоса через всю поверхность клетки. Оcmoc -- это медленное просачивание жидкости вместе с растворенными в ней веществами через полупроницаемую перепонку. Через такие полупроницаемые перепонки проникают только вещества, находящиеся в растворенном состоянии. Вещества, имеющие сравнительно крупные молекулы, образующие коллоидные растворы, сквозь полупроницаемую перепонку не проходят. Растворенные в клетке вещества создают внутри нее определенное давление, которое называется осмотическим. Чем больше концентрация растворенных веществ, тем выше осмотическое давление. При повышении концентрации веществ в клетке через оболочку усиливается приток извне воды, которая стремится как бы разбавить концентрированный раствор в клетке до концентрации раствора вне ее и тем самым уравнять осмотическое давление по обе стороны оболочки.

В результате биохимических процессов в клетке постепенно накапливаются вещества -- продукты ее жизнедеятельности. По мере накопления они начинают двигаться в сторону их меньшей концентрации, т. е. за пределы клетки. В свою очередь клетка взамен получает нужные ей питательные вещества, концентрация которых стала в клетке ниже, чем в питательном субстрате.

Если клетка попадает в концентрированный раствор, осмотическое давление которого значительно выше, чем в самой клетке, цитоплазма начинает терять воду, отдавая ее внешней среде. В результате цитоплазма сжимается и отстает от оболочки. Это явление используется при консервировании пищевых продуктов солью и сахаром. Концентрированные растворы этих веществ обезвоживают цитоплазму микробных клеток и вызывают их гибель.

Белки и жир, являясь коллоидными веществами, не могут проходить в клетку без предварительного разложения на пептоны, полипептиды, аминокислоты, жирные кислоты. Молочный сахар, минеральные соли могут непосредственно проникать в клетку; в ряде случаев молочный сахар должен быть предварительно расщеплен на глюкозу и галактозу. Питательные вещества к усвоению их клеткой подготавливают экзоферменты; дальнейшее разложение питательных веществ и построение сложных веществ цитоплазмы осуществляют эндоферменты.

Источниками питания микроорганизмов могут служить самые разнообразные вещества. Одни микроорганизмы способны синтезировать вещества, необходимые для построения их тела, из диоксида углерода, воды и других минеральных веществ (некоторые почвенные бактерии), другие требуют для своего развития наличия в среде органических соединений (белков, углеводов, жиров). Наиболее требовательны к источникам питания болезнетворные микроорганизмы, которые питаются веществами живого организма. Однако многие болезнетворные микроорганизмы могут размножаться и вне живого организма, в частности в молоке и молочных продуктах.

Все микроорганизмы нуждаются в минеральных веществах, многие -- в витаминах. Потребность в минеральных веществах незначительна, однако без них рост микроорганизмов невозможен. Вещества, без которых микроорганизмы слабо растут или совсем не растут и не размножаются, называются ростовыми веществами чаще всего ими являются аминокислоты и витамины. Некоторые микроорганизмы, например дрожжи, пропионовокислые и уксуснокислые бактерии, могут нормально развиваться в средах, не содержащих витамины, так как способны сами их вырабатывать. Питательные вещества, поступающие в клетку, подвергаются в ней сложным превращениям и служат материалом для синтеза различных соединений, из которых состоит клетка.

Изучение и практическое использование микроорганизмов связано с необходимостью их выращивания в искусственных условиях. Для этого в микробиологических лабораториях приготавливают так называемые питательные среды, на которых удается получить чистые культуры, состоящие из микроорганизмов одного вида без примеси других. Универсальной питательной среды нет, так как потребности разных микроорганизмов в питательных веществах чрезвычайно разнообразны. Среды могут быть жидкие и плотные. Плотные питательные среды получают добавлением к жидкой среде агара или желатина, которые в водных растворах образуют студни.

Если каплю жидкости, в которой находятся бактерии, распределить по поверхности питательной среды, то отдельные клетки окажутся на поверхности изолированными друг от друга. В результате размножения одной клетку вокруг неё образуетcя огребное скопление клеток, которое называется колонией. Колонии бактерий обладают такими размерами (от 1 мм и более), что становятся видимыми простым взглядом. Величина, форма характер поверхности, цвет колоний зависят от вида бактерий, а также от состава питательной среды, на которой они развиваются. Перенеся материал из колонии в жидкую питательную среду, можно получить чистую культуру микроорганизмов.

Образование колоний характерно не только для бактерий, но и для других видов микроорганизов.

2. Дыхание микроорганизмов

При развитии, росте, размножении клеток микроорганизмов происходят сложные превращения питательных веществ, требующие определенных затрат энергии. Микробная клетка получает энергию в процессе дыхания. Сущность этого процесса состоит в том, что сложные органические вещества окисляются до более простых с выделением энергии.

Для окисления органических веществ одни микроорганизмы используют кислород, другие способны обходиться без него, а для третьих кислород является даже вредным. В зависимости от этого микроорганизмы подразделяют на аэробные, получающие энергию в результате окисления органических веществ с использованием молекулярного кислорода. У других микроорганизмов окислительные процессы протекают без участия кислорода; их называют анаэробами. Анаэробные микроорганизмы подразделяют на облигатные, или безусловные, для которых кислород не только не нужен, но и вреден, и факультативные, или условные, которые могут жить как при доступе воздуха, так и без него. Степень анаэробности у факультативных анаэробов различна. Одни из них лучше развиваются в анаэробных условиях или при ничтожно малом содержании кислорода в среде (микроаэрофилы), другие -- при доступе воздуха. Известны факультативные анаэробы (например, некоторые дрожжи), способные в зависимости от условий развития переключаться с анаэробного на аэробный тип дыхания. Рост микроорганизмов с разным типом дыхания в пробирках с твердой питательной средой может быть на поверхности, в середине и в глубине.

Отношение микроорганизмов к воздуху определяется способом их энергетического обмена.

Аэробные микроорганизмы в процессе дыхания окисляют органические вещества почти полностью, до образования в качестве конечных продуктов диоксида углерода и воды. Полное окисление сопровождается выделением всей энергии окисляемого продукта. Такое окисление, например сахара, может быть выражено следующим уравнением:

С₆Н₁₂0₆ + 60₂ = 6С0₂ + 6Н₂0 2822 кДж.



При неполном окислении органических веществ выделяется меньше энергии, чем при полном. Не выделившаяся часть энергии остается в этих случаях в продуктах неполного окисления. Так, окисление этилового спирта уксуснокислыми бактериями может идти до стадии образования уксусной кислоты и воды с неполным выделением энергии:

С₂Н₅ОН + 0₂ = СН₃СООН +Н₂0 485,7 кДж.

Полное окисление спирта идет по схеме

С₂Н₅ОН + 30₂ = 2СО₂ + ЗН₂0 1365 кДж.

При этом выделяется вся содержащаяся в этиловом спирте энергия.

Анаэробные микроорганизмы получают энергию в результате бескислородного дыхания, которое называют брожением. При бескислородном дыхании окисление всегда протекает неполно. Примером бескислородного дыхания является спиртовое брожение, вызываемое дрожжами в анаэробных условиях. Это брожение протекает по схеме

С₆Н₁₂О₆ = 2С₂Н₅ОН +2С0₂ 113 кДж.

В результате спиртового брожения сахар превращается в этиловый спирт и диоксид углерода с выделением энергии. Как видно из двух последних уравнений, сахар окисляется в данном случае неполно, так как один из конечных продуктов спиртового брожения -- этиловый спирт -- обладает значительным запасом энергии, которая в анаэробных условиях оказалась невыделенной.

Анаэробным процессом дыхания является также молочнокислое брожение, играющее ведущую роль в процессах производства молочных продуктов. Этот тип брожения осуществляется главным образом молочнокислыми бактериями, которые относятся к условным анаэробам, многие из которых хорошо растут и в присутствии кислорода воздуха. Молочнокислое брожение заключается в разложении молекулы сахара на две молекулы молочной кислоты с выделением тепла:

С₆Н₁₂0₆ = 2СН₂СНОНСООН 75,4 кДж.

В процессе молочнокислого брожения также освобождается лишь небольшая часть потенциальной энергии сахара, так как значительный запас энергии остается в молочной кислоте.

Примером строго анаэробных микроорганизмов являются маслянокислые бактерии, процесс дыхания которых сопровождается разложением сахара с образованием масляной кислоты, диоксида углерода и водорода. Этот процесс называется маслянокислым брожением и в основном идет по следующей схеме:

С₆Н₁₂О₆ = С₃Н₇СООН + 2С0₂ + 2Н₂ 62,8 кДж.

Приведенные уравнения выражают лишь конечный результат процессов. В действительности эти процессы проходят в несколько фаз, сопровождаясь образованием ряда промежуточных и побочных продуктов.

По отношению к воздуху микроорганизмы молока и молочных продуктов можно расположить в такой последовательности: плесени и гнилостные бактерии (большинство) -- аэробы;

уксуснокислые бактерии, дрожжи, микрококки, бактерии группы кишечной палочки, флюоресцирующие бактерии, некоторые виды споровых бактерий -- условные анаэробы (лучше развиваются при наличии в среде воздуха);

молочнокислые стрептококки -- условные анаэробы;

молочнокислые палочки, пропионовокислые бактерии -- условные анаэробы (лучше развиваются в отсутствие воздуха);

маслянокислые бактерии, некоторые виды споровых бактерий-- строгие анаэробы.

3. Питание

Физиология микроорганизмов изучает жизнедеятельность микробных клеток, процессы их питания, дыхания, роста, размножения и закономерности взаимодействия с окружающей средой.

В связи с отсутствием у микроорганизмов специальных органов пищеварения питательные вещества поступают в клетку в виде растворимых соединений из внешней среды, из них синтезируются составные части клетки и высвобождается необходимая энергия для поддержания своей жизнедеятельности за счет превращения веществ.

Питательные вещества поступают в клетку через ее оболочку, а ненужные микробу продукты обмена веществ выводятся из нее наружу. Основу механизма этого явления составляет осмос -- переход молекул из области более высокой концентрации в область более низкой. Оболочка клетки пропускает воду и растворенные в ней питательные вещества. Сложные коллоидные вещества, прежде чем попасть внутрь клетки, расщепляются ее ферментами.

Большое значение в питании микроорганизмов имеет разность концентрации питательных веществ. Разница в концентрации питательных веществ обеспечивает движение воды и растворенных в ней соединений, причем вода движется в сторону более высокой, а соли -- в сторону менее высокой их концентрации. Приток воды в микробную клетку вызывает набухание коллоидов цитоплазмы.

По мере поступления в клетку воды в ней возникает внутреннее давление, именуемое тургором, что препятствует дальнейшему проникновению воды.

Большинство микроорганизмов живут в растворах с концентрацией поваренной соли 0,5--0,8 %, что обеспечивает нормальное давление клеточного сока. Изменение осмотического давления в окружающей клетку среде ведет к ее гибели. Если поместить микроорганизмы в гипертонические растворы солей и Сахаров, то это приведет к тому, что вода втеснится из клетки. Это явление называют плазмолизом. При нахождении микроорганизмов в гипотонических растворах (дистиллированная вода) отмечают сильное набухание, разрыв и гибель клеток. Это явление именуют плазмоптизом.

Явление плазмолиза широко используют для длительного хранения продуктов при солении, консервировании, варении. Наряду с этим в природе встречаются осмофильные (галлофильные) микроорганизмы, которые растут при высоких концентрациях солей. К осмофильным микроорганизмам, которые растут при высоких концентрациях сахара, относят дрожжи Saccharomyces mellis и S. rouxii. Содержащиеся в меде дрожжи при откачке незрелого меда или неправильном его хранении вызывают брожение.

По типу питания микроорганизмы делят на аутотрофы (ауто -- сам, трофе -- питание), или прототрофы (протос -- простой), и гетеротрофы (гетеро -- другой).

Аутотрофы удовлетворяют потребность в углероде, необходимом для синтеза органических веществ, за счет диоксида углерода (углекислого газа) воздуха, а простые азотистые соединения и воду они получают из окружающей среды. К ним относят нитрифицирующие бактерии, серобактерии, железобактерии и др. Патогенные микроорганизмы в этой группе отсутствуют.

Гетеротрофы получают углерод для своего питания только из готовых органических соединений, но им также необходимы азотистые соединения, микроэлементы и витамины. Гетеротрофы -- микроорганизмы, вызывающие брожение, гниение и различные болезни у растений, беспозвоночных и позвоночных. Среди гетеротрофов выделяют сапрофитов (метатрофов) и паразитов (паратрофов). Сапрофиты питаются мертвыми органическими субстратами. Паразиты размножаются в живых организмах и являются возбудителями болезней человека и животных, беспозвоночных и растений. В природе их значительно меньше, чем сапрофитов. Резкой грани между этими микроорганизмами нет. Так, отдельные виды патогенных микроорганизмов существуют во внешней среде как сапрофиты, а сапрофиты при определенных условиях могут вызывать заболевания.

В зависимости от окисляемого субстрата -- донора водорода микроорганизмы делят на две группы: литотрофы (от греч. lithos-- камень), использующие в качестве доноров водорода неорганические соединения; органотрофы, использующие в качестве доноров водорода органические соединения.

Учитывая источник энергии, среди бактерий различают: фототрофы, то есть фотосинтезирующие (сине-зеленые водоросли, использующие энергию света), и хемотрофы, нуждающиеся в химических источниках энергии.

Микроорганизмам для роста на питательных средах необходимы дополнительные компоненты, так называемые факторы роста. К ним относят: аминокислоты, необходимые для построения белков; пурины и пиримидины, требующиеся для образования нуклеиновых кислот; витамины, входящие в состав ферментов.

Для роста и размножения патогенных микроорганизмов необходим азот белков животного происхождения. В качестве его в бактериологии используют пептон (ферментативно расщепленные белки мяса). Бактерии нуждаются в ростовых веществах, которые содержатся в дрожжах, экстрактах из семян растений и т. д. Наряду с ними они содержат витамины, аминокислоты и другие биологически важные вещества.

Белковый обмен. Под воздействием ферментов белки расщепляются до аминокислот, которые в дальнейшем подвергаются дезаминированию, декарбоксилированию. Одни микроорганизмы получают аминокислоты в готовом виде, другие синтезируют их из простых соединений азота.

Углеводный обмен. Углеводы расщепляются по типу гидролиза и фосфоролиза под воздействием ферментов. Органические вещества окисляются микроорганизмами не полностью, и в окружающей среде кроме диоксида углерода и воды остаются продукты неполного окисления. Расщепление углеводов обусловливает кислую реакцию (бродильные микробы), а расщепление белков -- щелочную (гнилостные микробы). Этот биологический антагонизм широко используют в практических условиях -- при силосовании зеленой массы, квашении овощей, молочнокислой продукции.

Липидный обмен. В микробной клетке липидный обмен идет под воздействием ферментов. Многие бактерии усваивают глицерин, служащий для получения энергии и построения структур клетки.

Механизм проникновения питательных веществ в клетку. Поступление различных веществ в бактериальную клетку зависит от величины и растворимости их молекул в липидах или воде, рН среды, концентрации веществ, различных факторов проницаемости мембран. Основной регулятор поступления веществ в клетку -- цитоплазматическая мембрана.

Условно можно выделить четыре механизма проникновения питательных веществ в бактериальную клетку: простая диффузия, облегченная диффузия, активный транспорт, транслокация групп.

Простая диффузия -- перемещение веществ -- вследствие разницы их концентрации по обе стороны цитоплазматической мембраны.

Облегченная диффузия происходит также в результате разницы концентрации веществ по обе стороны цитоплазматической мембраны, но процесс идет с помощью молекул-переносчиков, последние обладают специфичностью.

Активный транспорт с помощью пермеаз (белков-переносчиков) направлен на перенос веществ от меньшей концентрации к большей.

Механизм транслокации (перенос) групп очень близок к активному транспорту, отличается лишь тем, что молекула в процессе переноса изменяется (например, фосфорилируется).

4. Дыхание

У микроорганизмов процесс дыхания -- самая совершенная форма окислительного процесса и наиболее эффективный способ получения энергии, необходимой для синтеза органических веществ. По типу дыхания микроорганизмы делят на аэробы, которые для дыхания используют молекулярный кислород, и анаэробы, необходимая энергия для жизнедеятельности которых освобождается в результате расщепления органических веществ. Аэробы наиболее полно используют энергию окисляемого вещества, поэтому в процессе дыхания перерабатывается гораздо меньше субстрата для получения определенного количества энергии, чем это необходимо анаэробам.

Процесс дыхания заключается в том, что углеводы, белки, жиры и другие вещества клетки распадаются в результате окисления кислородом воздуха. Выделяющаяся при этом энергия расходуется на поддержание жизнедеятельности организма, рост и размножение. Бактерии не могут накапливать много запасных питательных веществ и используют в основном питательные соединения среды.

В общем виде процесс дыхания можно представить следующим уравнением:

С₆Н₁₂0₆ + 60₂ = 6С0₂ + 6Н₂0 + 2874,3 кДж.



Химическая реакция представлена в виде сложной цепочки, каждое звено которой требует участия специфического фермента. В процессе дыхания не только выделяется энергия, но и образуется большое количество промежуточных соединений. Из соединений, имеющих различное количество углеродных атомов, могут синтезироваться аминокислоты, жирные кислоты, жиры, белки, витамины. Поэтому обмен углеводов определяет обмен белков и жиров клетки.

Жизнь микробов возможна и без доступа кислорода воздуха. Энергия, необходимая для жизнедеятельности организма, образуется в результате брожения. Его вызывают главным образом дрожжи, а также некоторые бактерии и грибы. Различают три основных вида брожения: спиртовое, молочнокислое и маслянокислое. Общим для этих видов брожения является то, что глюкоза расщепляется до пировиноградной кислоты, а дальше в зависимости от наличия тех или иных ферментов идет определенный вид брожения.

Пчелиную ячейку можно сравнить с миниатюрной силосной башней. Во время сбора пыльцы пчелы добавляют к последней нектар или мед, плотно трамбуют массу, сверху заливают медом и запечатывают восковой крышечкой. В результате создаются идеальные анаэробные условия для молочнокислого брожения, вызываемого Lactobacterium pollinis и другими бактериями. Пыльца в результате превращается в длительно хранящийся продукт -- пергу, которой пчелы питаются зимой и весной.

Между аэробами и. анаэробами существуют промежуточные формы микроорганизмов. Они способны размножаться как в присутствии, так и в отсутствии кислорода. К этой группе относят большинство паразитов и сапрофитов.



5. Ферменты

Процесс питания микроорганизмов, как правило, сопровождается эндотермическими реакциями (с поглощением теплоты), а дыхание -- экзотермическими реакциями (с высвобождение теплоты) Эти процессы протекают одновременно и обеспечивают необходимый в клетке обмен веществ, который включает е? себя два противоположных и в то же время единых процесса: ассимиляции (конструктивный обмен веществ) и диссимиляции (энергетический обмен веществ). Обмен веществ проходит с помощью ферментов. Ферменты быстро распознают соответствующие им субстраты, вступают с ними во взаимодействие и ускоряют химические реакции. Они участвуют в процессах синтеза и распада, то есть метаболизма. Эндоферменты катализируют метаболизм, проходящий внутри клетки Экзоферменты выделяются клеткой в окружающую среду, расцепляя питательные субстраты до простых соединений усваиваемых клеткой в качестве источников энергии, углеродов и др Некоторые экзоферменты инактивируют антибиотики, выполняя защитную функцию. Ферменты, находящиеся в клетке постоянно независимо ^от условий ее существовании, -- конструктивные ферменты; другие ферменты - адаптивные (индуктивные) - появляется тогда, когда это необходимо. Например синтез ргалактозидазы кишечной палочкой резко увеличивается при выращивании ее на среде с лактозой.

Существуют так называемые ферменты агрессии, разрушающие ткани и клетки и способствующие быстрому распространению в инфицированной ткани микроорганизмов и их токсинов. К ним относят гиалуронидазу, коллагеназу, дезоксирибонуклеазу, нейраминазу и др. Так, расщепляя гиалуроновую кислоту соединительной ткани гиалуронидаза стрептококков способствует быстрому распространению стрептококков и их токсинов.

Ферменты синтезируются микробной клеткой и имеют сложное строение: одни состоят только из белка а другие - из белка и небелковой части (ионы металла, витамины). Ферменты обладают высокой специфичностью. Например, фермент эстераза расщепляет жир, каталаза-пероксид водорода хитиназа-хитинин обладают очень высокой активностью. Так, 1г амилазы может превратить в сахар 1 т крахмала.

Все ферменты делят на шесть классов: оксидоредуктазы, (оксидазы), трансферазы, гидролазы, лиазы, изомеразы и лигазы, (синтетазы). Каждый класс ферментов обозначают четырьмя цифрами: первая - класс ферментов; вторая - подкласс и указывает соединения на которые действует фермент; третья - подкласс; четвертая - номер фермента. Ферменты имеют окончание "-аза". микроорганизм фермент гиалуронидаза коллагеназа

1 Оксидоредуктазы участвуют в окислительно-восстановительных реакциях. К ним относят различные дегидрогеназы, окисляющие спирты в альдегиды, альдегиды в кислоты. Если в реакции принимает участие кислород, то ферменты называют оксидазами (аскорбинатоксидаза, гидрогеназа, катал аза, пероксидаза).

2. Трансферазы переносят радикалы --СН₃, -- СН₂, альдегидные или пептоновые остатки.

3. Гидролазы присоединяют частички воды к белкам, жирам или углеводам или отщепляют их. Гидролазы, действующие на сложноэфирные связи, называют эстеразами (эстер-эфир). Примером их может служить липаза, расщепляющая жиры на глицерин и жирные кислоты. Обширная группа гидролаз расщепляет сложные углеводы на простые. Амилазы расщепляют крахмал до моносахаров и декстринов.

Гидролазы, действующие на пептидные связи, относят к пептидгидролазам (аминопептидазы, протеиназы, карбоксилпептидазы). Они расщепляют белки на пептиды и аминокислоты. У микроорганизмов протеазы определяют по разжижению желатина и пептонизации казеина молока. Образуют протеазу Paenibacillus larvae larvae, Вас. alvei, Pseudomonas apisepticum и др.

Грибы (Aspergillus Pinicillium) и некоторые бактерии (Proteus, Micrococcus, Serratia) с помощью эстеразы, выделяемой ими, разрушают соты, хранящиеся вне ульев в сырых помещениях, а также вытопку и воскосырье на воскозаводах.

4. Лиазы -- ферменты, отщепляющие от субстратов без участия воды соединения с двойной связью. Декарбоксилазы отщепляют карбоксильную группу от аминокислот и укорачивают углеродную цепь.

5. Изомеразы осуществляют внутримолекулярные перестройки (фосфат глюкозы в фосфат фруктозы).

6. Лигазы (синтетазы) соединяют две молекулы с одновременным разрывом фосфатных связей.

Различия в ферментном составе используют для идентификации микроорганизмов, так как они определяют различные биохимические свойства: сахаролитические, протеолитические и др. Их выявляют по конечным продуктам расщепления: щелочам, кислотам, сероводороду, аммиаку и др.

Ферменты микроорганизмов используют в генетической инженерии для получения биологически активных соединений, молочной, уксусной, лимонной кислот, молочнокислых продуктов, в виноделии и других отраслях. Для уничтожения загрязнений белковой природы в некоторые стиральные порошки вводят биодобавки, в состав которых входят ферменты.

Иерсинии

Род Yersinia содержит 7 видов, среди которых Y. pestis -- возбудитель чумы и Y. pseudotuberculosis и Y. enterocolitica, чаще всех остальных вызывают заболевания у человека.

20.2.1.6.1. Иерсинии чумы

Y. pestis был открыт в 1894 г. А. Иерсеном в Гонконге.

Морфология, физиология. Y. pestis -- грамотрицательные полиморфные мелкие, размером 1--2 X 0,3--0,7 мкм, неподвижные палочки с закругленными концами. Спор не образуют. В организме больного и при размножении на питательных средах образуют капсулу. В мазках из патологического материала (мокрота, гной бубона, кровь), окрашенных метиленовой синькой, выявляется биполярность. При размножении на плотных средах преобладают удлиненные формы иерсинии.

Палочки чумы -- факультативные анаэробы. Размножаются на простых питательных средах, но лучше при добавлении гемолизированной крови. Оптимальная температура культивирования 28 °С, но могут размножаться при температуре от 2 до 42 °С. На плотных средах при посеве большого числа (10 000 и более бактерий) через 8--12 ч можно обнаружить при микроскопировании начальный рост колоний в виде "битого стекла", которые через 18--20 ч становятся светлыми с неровными краями, а через 48 ч образующийся фестончатый край колоний придает им вид "кружевного платочка". R-формы колоний характерны для вирулентных штаммов, S-формы содержат авирулентные бактерии.

В жидких питательных средах палочки чумы образуют пленку на поверхности и спускающиеся вниз нити, похожие на сталактиты, и хлопьевидный осадок.

Биохимическая активность характеризуется способностью расщеплять ряд углеводов (фруктозу, галактозу и др.) с образованием кислоты. Протеолитическая активность выражена слабо -- желатину не разжижают, молоко не свертывают.

Антигены. Палочки чумы содержат комплекс антигенов, среди которых имеются общие с представителями семейства Fnterobacteriaceae и эритроцитами людей О-группы. Антигенная специфичность иерсинии связана с капсульным веществом. Fi поверхностный белковый термолабильный антиген используется в РИГА как диагностикум в серологических исследованиях при чуме. V- и W-антигены обладают антифагоцитарной активностью. Другие антигены из 10 известных изучены недостаточно хорошо.

Патогенность. Вирулентные штаммы чумной палочки характеризуются следующими свойствами: наличием F-антигена, а также V- и W-антигена, обладающих антифагоцитарной активностью, образованием пестицинов, способностью ассимилировать гемин и синтезировать пурины, продуцировать токсин -- "мышиный яд" (к нему наиболее чувствительны белые мыши), блокирующий действие ряда метаболитов и гормонов.

Экология и распространение. Основными хозяевами иерсинии чумы в природе являются грызуны (суслики, тарбаганы и др.).

Чума -- зоонозное природно-очаговое заболевание. Очаги чумы распространены на территориях всех стран мира. Они различаются носителями возбудителя и биологическими свойствами иерсинии, распространенных в определенной зоне. По биохимической характеристике и соответствию с местом распространения различают 3 биовара (табл. 20.6).

Заражение человека в природных очагах чумы происходит трансмиссивным (переносчики -- блохи), контактным и алиментарным путями. Люди, больные легочной формой чумы, заражают окружающих аэрогенным путем.

Таблица. Дифференциальные признаки биоваров иерсинии чумы, распространенных на различных территориях

Биовары Y. pestis	Ферментация с образованием кислоты	Редукция нитрата в нитрит	Место распространения
	глицерина	мелибиозы
v. antique v. medievalis v. orientalis	+ + -	- + -	+ - +	Центральная Азия Центральная Африка Иран, СССР Повсеместно

Попадая из организма больных животных и человека в окружающую среду, иерсинии чумы могут длительно сохранять жизнеспособность. Они хорошо переносят низкие температуры, при О °С сохраняются до 6 мес, в замороженных трупах, блохах -- 1 год и более, в воде, почве, на одежде -- от 1 до 5 мес; в течение 4--6 дней -- в хлебе, на овощах и фруктах.

Бактерии чумы чувствительны к УФ-облучению, высушиванию и действию высокой температуры. Они погибают при кипячении в течение 1 мин, а при нагревании до 60 °С в течение 1 ч. Губительное действие дезинфектантов проявляется при воздействии 3% раствора фенола через 5--10 мин, 5% раствора лизола через 2--10 мин.

Патогенез чумы. Клинические проявления чумы в значительной степени зависят от входных ворот инфекции. Различают кожно-бубонную, первично- и вторично-септическую, первично и вторично-легочную формы чумы. Недостаточная барьерная функция регионарных лимфатических узлов, сопровождающаяся обычно незавершенным фагоцитозом иерсинии чумы и их усиленным размножением, приводит к развитию первично-септической формы чумы. Вторично-септическая форма развивается на фоне бубонной или легочной.

Иммунитет. После перенесенного заболевания остается прочный продолжительный иммунитет. Основная роль в защите от чумы принадлежит фагоцитирующим бактерии клеткам, завершенному фагоцитозу.

Лабораторная диагностика. Чума -- особо опасная инфекция. Работа с материалами, содержащими возбудителя болезни, проводится в специальных режимных лабораториях, подготовленным персоналом. Исследуемый материал (гной из бубонов, отделяемое язвы, мокрота и др.) бактериоскопируют, подвергают ИФА, засевают на питательные среды и проводят биопробу на морских свинках.

Выделенные чистые культуры идентифицируют по морфологическим, культуральным, биохимическим, антигенным свойствам, чувствительности к чумному бактериофагу. Дифференцируют от других видов иерсинии по признакам.



Таблица. Основные дифференциальные признаки бактерий рода Yersinia

Вид иерсиний	Подвижность при 25 єС	Ферментация с образованием кислоты	Образование
		рамнозы	сорбозы	рффинозы	инозита	уреазы	Оринтин-декарбокси лазы
Y. pestis Y. pseudo- tuberculosis Y. entero-colitica	- + +	- + -	- - +	- ± -	- - +	- + +	- - +

В материалах из загнивших трупов возможно выявить чумной антиген реакцией термопреципитации.

Профилактика и лечение. В природных очагах постоянно ведется наблюдение за поголовьем грызунов. При распространении инфекции проводится дератизация и дезинсекция.

Невосприимчивость к чуме создается иммунизацией людей живой (штамм EV) или химической чумной вакциной. В СССР применяется живая сухая вакцина. После однократного подкожного или накожного введения создается относительно стойкий иммунитет на 6 мес. При опасности заражения проводится антибиотикопрофилактика стрептомицином, который применяют и при лечении больных чумой наряду с противочумным иммуноглобулином.

Иерсинии псевдотуберкулеза

Yersinia pseudotuberculosis -- возбудитель псевдотуберкулеза -- был обнаружен и описан Малассе и Виньялем в 1883 г. Заболевания, этиологически связанные с псевдотуберкулезными иерсиниями, определяются как гастроэнтерит, мезентеральный лимфаденит; полиартрит, регионарный илеит и др.

С 1959 г. во Владивостоке и его окрестностях возникали заболевания, протекавшие с лихорадкой, интоксикацией, мелкоточечной скарлатиноподобной сыпью, которая получила название "дальневосточная скарлатиноподобная лихорадка".

Морфология, физиология. Y. pseudotuberculosis -- коккобак-терии, не образующие спор, грамотрицательные, имеют жгутики и капсулу. Факультативные анаэробы. Хорошо размножаются на простых питательных средах при оптимальной для них температуре 20--28 °С, но и при 0--4 °С идет интенсивное размножение. Биохимическая активность отражена в табл. 20.7.

Антигены. Псевдотуберкулезные бактерии обладают Н-жгутиковыми и О-соматическими антигенами. По О-антигену различают 10 сероваров. Заболевания у человека вызывают чаще всего иерсинии сероваров I, III и IV.

Экология и распространение. Псевдотуберкулезные бактерии распространены во многих странах. Заболевания, ими вызываемые, регистрируются в странах Азии, Африки, Европы. В СССР -- на Дальнем Востоке, в Сибири, на Украине, в Европейской части РСФСР, в Грузии и других географических зонах.

Источником возбудителя являются грызуны (полевки, домовые мыши, крысы, зайцы). Заражение людей происходит алиментарным путем, при употреблении пищевых продуктов (главным образом овощей, фруктов), загрязненных фекалиями и мочой животных.

Способность иерсиний псевдотуберкулеза размножаться при температуре 4--6 °С приводит к массивному накоплению их в пищевых продуктах, длительно хранящихся в холодильнике.

Патогенез заболеваний человека. После попадания в желудочно-кишечный тракт иерсиний псевдотуберкулеза проникают в слизистую оболочку кишечника, где (преимущественно в подслизистом слое) образуются множественные гранулемы и геморрагии -- возникают симптомы гастроэнтерита. Попадание микроорганизмов в лимфатические узлы приводит к развитию мезентериального лимфаденита -- в эпигастральной области усиливаются боли, появляются симптомы раздражения брюшины, в илеоцекальном углу определяется инфильтрат. Возможна бактериемия, которая сопровождается сыпью, артралгией и другими проявлениями генерализации патологического процесса.

Иммунитет, его механизмы при псевдотуберкулезе не изучены. Антитела к возбудителю появляются в течение болезни, но они не обладают протективными свойствами. Описаны случаи повторных заболеваний псевдотуберкулезом.

Лабораторная диагностика проводится бактериологическим и серологическим методами. Культуры возбудителя выделяют из испражнений, мокроты и других материалов, дифференцируют от других иерсиний и сходных бактерий иных родов.

ИФА применяют для выявления возбудителя в материалах от больных и индикации в окружающей среде.

В серодиагностике используют реакцию агглютинации и РИГА.

Профилактика и лечение. Специфическая профилактика не разработана. Для лечения применяют тетрациклины, левомицетин, стрептомицин.

Возбудитель кишечного иерсиниоза

Yersinia enterocolitica был выделен от животных (зайцев, кроликов, обезьян, свиней). Изучение иерсиниоза началось с 1964 г.

Морфология, физиология. Y. enterocolitica грамотрицательные подвижные палочки, не образующие спор и капсул.

Культивируются на простых питательных средах при температуре 20--26 °С. Различают 5 биоваров, из которых 3-й и 4-й патогенны для человека.

Антигены. По специфичности О-антигена иерсиний энтероколита распределены на 30 сероваров. У человека чаще всего вызывают заболевания серовары 03 и 09.

Патогенность. Иерсиний энтероколитика -- факультативныевнутриклеточные паразиты. Патогенность их связана с инвазивными свойствами и действием цитотоксинов, вирулентные штаммы обладают устойчивостью к фагоцитозу и бактерицидному действию сыворотки. Эти свойства кодируют гены плазмид. Маркерами вирулентности являются кальцийзависимость и аутоагглютинация.

Экология и распространение. Y. enterocolitica широко распространены: их выделяют от больных людей и животных, обнаруживают в окружающей среде. В открытых водоемах они не только выживают, но и размножаются. Устойчивы к низким температурам. В молоке способны размножаться как при комнатной температуре, так и в условиях холодильника. Овощи, фрукты, мороженое, контаминированные иерсиниями, в условиях хранения их в холодильнике оказываются массивно обсемененными этими микроорганизмами.

Основной источник Y. enterocolitica -- животные и люди (больные и носители). Путь заражения -- алиментарный. Заболевания регистрируются в виде вспышек или спорадических случаев.

Патогенез заболеваний человека и иммунитет. Заражение человека Y. enterocolitica реализуется по-разному: от бессимптомного носительства и легких форм до тяжелых и генерализованных, септических, которые чаще возникают у пожилых лиц, страдающих хроническими заболеваниями (цирроз печени, диабет). Иерсиний этого вида могут быть причиной возникновения полиартрита, нодозной эритемы.

В течение болезни накапливаются антитела к возбудителю. Титр их в реакции агглютинации бывает не выше 1:800. Роль в формировании иммунитета неясна.

Лабораторная диагностика иерсиниоза осуществляется бактериологическим и серологическим методами. Из исследуемого материала (испражнения больного, смыв из носоглотки, кровь, моча) выделяют культуру, идентифицируют, определяют серовар.

Серодиагностика проводится в реакциях агглютинации, непрямой гемагглютинации, с помощью иммунофлуоресцентного анализа.

Профилактика и лечение. Специфическая профилактика не разработана. Лечение больных кишечным иерсиниозом проводят антибиотиками (чаще назначают стрептомицин, гентамицин, тетрациклин, ампициллин) и сульфаниламидами.

6. Бактерии туляремии

Возбудитель туляремии -- Francisella tularensis -- был открыт в 1912 г. Г. Мак-Коем и Ш. Чепиным. Название микроорганизм получил по наименованию района Туляре в Калифорнии, где исследователи выделили возбудитель.

Современной классификацией бактерии туляремии отнесены к роду Francisella.

Морфология, физиология. Возбудители туляремии -- очень мелкие, размером 0,2--0,7X0,2 мкм, полиморфные, кокковидные и палочковидные грамотрицательные бактерии. Спор не образуют. Жгутиков не имеют. Образуют небольшую капсулу.

Факультативные анаэробы на простых питательных средах не растут. Для размножения требуется введение в среду цистеина как стимулятора роста. Культивирование возможно на питательных средах, содержащих яичный желток, на кровяном агаре с добавлением глюкозы и цистеина. На плотных средах образуются небольшие, беловатого цвета колонии.

Ферментативная активность мало выражена, биохимические свойства нестабильны. Оксидазоотрицательны, продуцируют сероводород.

Антигены. Соматические и локализованные в клеточной стенке антигены туляремийных бактерий индуцируют синтез агглютининов, преципитинов. Отмечена антигенная общность с другим видом рода -- Francisella novicida, непатогенным для человека, и перекрестное реагирование в реакции агглютинации с бруцеллами и иерсиниями.

Экология и распространение. Туляремия -- зоонозное заболевание с природной очаговостью. Естественные хозяева возбудителя -- грызуны (водяные крысы, полевки, домовые мыши, хомяки, зайцы).

В окружающей среде возбудитель туляремии сохраняет жизнеспособность долго: в трупах грызунов, в воде при 1 °С -- до 9 мес, при 4 °С -- 4 мес. С повышением температуры сокращаются сроки выживаемости -- в воде при 20 °С микроорганизмы выживают 1--2 мес. К действию высокой температуры возбудитель туляремии малоустойчив, погибает при 60 °С через 20 мин. Губительно действуют на микроорганизмы дезинфицирующие вещества -- растворы карболовой кислоты, лизола и других дезинфектантов в обычных концентрациях. Чувствительны ко многим антибиотикам: стрептомицину, гентамицину, канамицину, тетрациклинам, хлорамфениколу.

Заражение человека возбудителем туляремии происходит при прямом контакте с больными животными или трупами погибших, а также через инфицированную воду и пищевые продукты. Возможна передача возбудителя клещами, комарами, слепнями, которые являются переносчиками.

От человека, больного туляремией, здоровые люди практически не заражаются.

Патогенез заболеваний человека и иммунитет. В организм человека возбудитель туляремии проникает через кожу и слизистые оболочки глаз, рта, носа, дыхательных путей и пищеварительного тракта. Обладая высокой инвазивной способностью, микроорганизмы могут проходить через неповрежденные покровы. Через 2--7 дней инкубационного периода возбудитель оказывается в лимфатических узлах, где интенсивно размножается и появляется в крови. В зависимости от путей проникновения развиваются различные клинические формы туляремии: бубонная, язвеннобубонная, глазная, ангинозно-бубонная, кишечная, легочная, может быть первично-септическая с непременным поражением лимфатических узлов.

Болезнетворность франциселл связана также с действием эндотоксина.

Туляремия сопровождается развитием специфической аллергии, возникающей уже на 3--5-й дни заболевания и сохраняющейся после выздоровления в течение многих лет, а иногда пожизненно.

После перенесенного заболевания остается стойкий, длительно сохраняющийся иммунитет.

Лабораторная диагностика туляремии проводится серологическим методом. Со 2-й недели заболевания определяют в сыворотке крови антитела в реакциях агглютинации и РНГА. При повторных исследованиях наблюдают нарастание титра антител.

Выделение возбудителя проводится в специальных режимных лабораториях. Выделить культуру посевом на среды обычно не удается. Поэтому исследуемым материалом (пунктат из бубона, соскоб из язвы, отделяемое конъюнктивы, налет из зева, мокрота, кровь) заражают белых мышей или морских свинок. Животные погибают на 4--12-й день. Из их органов делают мазки-отпечатки и посев на свернутую желточную среду.

Антиген определяют постановкой реакции термопреципитации, в которой исследуемый материал -- прокипяченная взвесь селезенки и печени погибшего животного.

Ранним методом диагностики туляремии является постановка аллергических проб с тулярином. Проба становится положительной с 3--5-го дня заболевания.

Профилактика и лечение. Профилактика туляремии проводится в очагах распространения возбудителя. Помимо общих противоэпидемических мероприятий (борьба с грызунами, переносчиками), проводится иммунизация людей живой вакциной Гайского -- Эльберта. Эффективность этой вакцины высока, однократная накожная вакцинация создает иммунитет на 5--6 лет. Профилактические мероприятия в природных очагах туляремии позволили существенно снизить заболеваемость этой инфекцией.

Для лечения туляремии применяют стрептомицин, тетрациклины и хлорамфеникол.

Размещено на Allbest.ru

...