Микробиология как наука

Размещено на http://www.allbest.ru/

ЛФ, ФИУ, ПФ. Занятие № 1

1А. Основные положения

Определение терминов «микробиология» и «микроорганизм».

Микробиология - это наука, изучающая микроорганизмы - биологические объекты, которые из-за своих малых размеров видны лишь в микроскоп.

Классификация микробиологических наук.

В комплекс микробиологических наук входят общая микробиология, бактериология, микология, протозоология и вирусология, а также медицинская, санитарная, ветеринарная и промышленная микробиология.

Задачи медицинской микробиологии.

Медицинская микробиология изучает те микроорганизмы, которые могут вызывать у человека патологические процессы, а также патогенез, микробиологическую диагностику, этиотропное лечение и профилактику микробных заболеваний.

Микробиологические методы исследования (диагностики).

К микробиологическим методам исследования (диагностики) относятся: микроскопический (обнаружение микроба-возбудителя в патологическом материале с помощью микроскопии), культуральный (выделение микроба-возбудителя из патологического материала в чистой культуре и его идентификация), биологический (заражение патологическим материалом лабораторного животного), иммунологический (обнаружение специфических антител или микробных антигенов).

История развития микробиологии: описательный период, физиологический (пастеровский) период, иммунологический период, современный период.

В описательный период был изобретен микроскоп и открыты микроорганизмы, в физиологический (пастеровский) - разработаны методы культивирования микроорганизмов и открыты первые возбудители микробных заболеваний человека, в иммунологический - открыт иммунитет, в современный - разработаны молекулярные методы исследования.

Заслуги Пастера.

Пастер открыл стафилококк, пневмококк, клостридии, разработал первые живые вакцины, а также метод стерилизации пищевых продуктов - пастеризацию.

Заслуги Коха.

Кох открыл возбудителей сибирской язвы, холеры, туберкулёза, ввёл использование плотных питательных сред, методов окраски мазков, оснастил микроскоп иммерсионным объективом.

Развитие микробиологии в Беларуси.

Первую на территории Беларуси попытку использовать микроскоп с медицинской целью предпринял основатель Медицинской академии в Гродно Жилибер, становление микробиологической науки в Беларуси связано с именем Эльберта, основоположником белорусской вирусологии является Вотяков. микроорганизм микробиология вирусология таксон

Типы таксономии биологических объектов.

Филогенетическая систематика в один таксон объединяет объекты, имеющие общий корень происхождения, практическая систематика в один таксон объединяет объекты, схожие по своим признакам.

Признаки, лежащие в основе современной таксономии микроорганизмов.

Микроорганизмы классифицируются на основе морфологических, биохимических, физиологических (культуральных), серологических и молекулярно-биологических признаков.

Иерархическая система таксонов, применяемых в бактериологии и в вирусологии.

У прокариот (бактерий) основной таксономической единицей является вид, включающий в себя подвидовые категории (вариант, штамм, клон), виды объединяются в роды, роды - в семейства, семейства - в порядки; у вирусов таксоны располагаются в восходящем порядке: варианты вируса, название вируса, род (основная таксономическая единица в вирусологии), семейство, подцарство, царство.

Методы микроскопии.

В микробиологии используют электронную и световую микроскопию; световая микроскопия может быть обычной, иммерсионной (наиболее часто используется в бактериологии), тёмнопольной, фазово-контрастной, люминесцентной (флуоресцентной).

Методы окраски мазков.

При простых методах окраски мазков используется одна краска (метиленовый синий, водный фуксин), при сложных - ряд красок в определённой последовательности (окраски по Граму, по Цилю-Нильсену, по Нейссеру, по Бурри-Гинсу).

1Б. Лекционный курс









1В. Теоретический материал

1. Микробиология как наука
1.1. Определение
1.2. Классификация микробиологических наук
1.3. Задачи медицинской микробиологии
1.4. Микробиологические методы исследования
1.5. История развития микробиологии
1.6. Основоположники научной микробиологии Пастер и Кох
1.7. Развитие микробиологии в Беларуси
2. Систематика микроорганизмов
2.1. Типы таксономии биологических объектов
2.2. Признаки, лежащие в основе современной таксономии микроорганизмов
2.3. Иерархическая система таксонов, применяемых в бактериологии и вирусологии
6. Методы изучения морфологии бактерий.
6.1. Методы микроскопии
6.2. Методы окраски мазков



1. МИКРОБИОЛОГИЯ КАК НАУКА

1.1 Определение

Микробиология - это наука, изучающая микроорганизмы (или, как их ещё называют, микробы - микроскопические объекты). Микроорганизмы - это такие биологические объекты, которые из-за своих малых размеров видны лишь в микроскоп.

1.2 Классификация микробиологических наук

Микробиология представляет собой целый комплекс биологических наук, которые можно классифицировать или по объекту изучения или по прикладным целям.

А. В зависимости от объекта изучения различают общую микробиологию и так называемые частные микробиологические науки (бактериология, микология, протозоология и вирусология).

1. Общая микробиология изучает общие закономерности структуры и функционирования микробной клетки.

2. Бактериология изучает прокариотические микроорганизмы - бактерии.

3. Микология изучает микроскопические грибки (эти микроорганизмы являются эукариотами).

4. Протозоология изучает простейшие (клетки которых, как и у грибков, имеют эукариотический тип строения).

5. Вирусология изучает микроорганизмы, представляющие собой неклеточную форму жизни - вирусы.

Б. По прикладным целям изучения различают медицинскую, санитарную, ветеринарную, промышленную, почвенную, морскую и космическую микробиологию.

1. Медицинская микробиология изучает микроорганизмы, имеющие медицинское значение. Её задачи более подробно будут изложены ниже.

2. Санитарная микробиология изучает микробиологические аспекты безопасности человека. Её изучают на медико-профилактических (санитарно-гигиенических) факультетах медицинских высших учебных заведений. Выпускники этих факультетов составляет костяк сотрудников Центров гигиены и эпидемиологии (санитарно-гигиенических станций).

3. Ветеринарная микробиология изучает микроорганизмы, вызывающие патологические процессы у животных.

4. Промышленная микробиология занимается вопросами использования микроорганизмов как источников получения необходимых веществ в промышленных масштабах. На предприятиях микробиологической промышленности производят антибиотики, витамины, аминокислоты и другие биологически активные вещества. Кроме этого, специалисты промышленной микробиологии работают в пищевой, химической и других отраслях производства.

5. Почвенная микробиология изучает микроорганизмы, обитающие в почве. Эти микробы играют большую роль в жизни растений.

6. Морская микробиология изучает микроорганизмы мирового океана.

7. Космическая микробиология изучает взаимодействие человеческого организма с микробами в условиях космического полёта, а также занимается поисками микроорганизмов внеземного происхождения.

1.3 Задачи медицинской микробиологии

Медицинская микробиология изучает патогенные, условно-патогенные и синантропные микроорганизмы, т.е. такие микробы которые вызывают в человеческом организме патологические процессы или могут их вызывать в определённых условиях, а также микробы, населяющие человеческий организм и сосуществующие с ним на условиях, преимущественно, комменсализма. Кроме этого, медицинская микробиология изучает процессы взаимоотношения этих микробов с человеческим организмом.

А. Таким образом, медицинская микробиология изучает, прежде всего, структуру и биологические свойства патогенных, условно-патогенных и синантропных микроорганизмов.

Б. Однако этим ни в коей мере не исчерпывается список задач, стоящих перед медицинской микробиологией. Исключительно большое значение играет изучение особенностей протекания того процесса, который называется инфекционным. Под этим термином понимают совокупность всех тех событий, которыми сопровождается сосуществования микроба и человеческого организма. Часто этот процесс обозначается термином «инфекция».

1. Медицинская микробиология изучает патогенез инфекций. Под этим термином понимают те особенности взаимоотношений микроба и макроорганизма, которые приводят к развитию в человеческом организме патологического процесса.

2. Задачей медицинской микробиологии является также разработка специфических методов диагностики микробных заболеваний.

3. Медицинская микробиология разрабатывается также методы лечения микробных заболеваний. Причем приоритет отдаётся тем препаратам, которые действуют на причину (этиологию) данного микробного заболевания, то есть на сам микроорганизм. Такая терапия называется этиотропной.

4. И, наконец, медицинская микробиология занимается разработкой методов профилактики микробных заболеваний. Особое внимание при этом уделяется опять же тем методам, которые направлены не на профилактику определённой группы схожих инфекций, а на предупреждения конкретного заболевания. Такая профилактика называется специфической.



1.4 Микробиологические методы исследования

Медицинская микробиология оперирует четырьмя основными методами исследования (диагностики): микроскопическим, культуральным, экспериментальным (биологическим) и иммунологическим (иммунобиологическим).

А. Микроскопический метод диагностики основан на микроскопии мазка, приготовленного из патологического материала с целью обнаружения в нём микроорганизмов. Под патологическим материалом понимают любой материал (кровь, моча, кал, раневое отделяемое, пункта, образец объекта внешней среды и т.д.), в котором может находиться возбудитель микробного патологического процесса или другой микроорганизма, представляющий интерес для медицинской микробиологии. В зависимости от объекта исследования, данный метод носит так же названия бактериоскопический, микоскопический, вирусоскопический.

Б. Культуральный метод диагностики основан на выделении из патологического материала чистой культуры микроорганизма (т.е. такой культуры, которая содержит особи только одного вида) и дальнейшей её идентификации.

В. Экспериментальный (или биологический) метод диагностики основан на введении патологического материала в организм лабораторного животного и дальнейшей регистрации изменений его состояния: если в патологическом материале присутствовал патогенный микроб, то лабораторное животное заболевает или даже погибает. При этом учитываются специфические клинические симптомы, проявляющиеся во время болезни животного, а также специфические изменения внутренних органов, выявляемые при вскрытии его трупа. Из органов животного можно приготовить мазки или выделить чистую культуру. В этом случае этот метод диагностики сочетается с микроскопическим и, при нужде, с культуральным.

Г. Иммунологический (или иммунобиологический) метод диагностики на самом деле представляет собой совокупность методов, общим для которых служит использование в диагностических целях иммунологических реакций. Более детально эти методы рассматриваются в курсе иммунологии.

1. Наиболее широко при иммунологическом методе диагностики используются серологические реакции - так называются реакции между антигеном и антителом, проводимые in vitro.

а. С помощью серологических реакций можно выявлять антигены микробов. В этом случае смешивают взвесь исследуемых микроорганизмов и специальные диагностические сыворотки, содержащие известные антитела.

1. При этом микробные антигены можно выявлять непосредственно в патологическом материале, без предварительного выделения из него чистой культуры. Такой метод позволяет сделать вывод о наличии, например, в организме больного возбудителя инфекционного заболевания в считанные часы. Поэтому он носит название экспресс-диагностика.

2. Микробные антигены идентифицируют так же в чистой культуре микроорганизма, предварительно выделенной из патологического материала. В этом случае говорят о серологической идентификации выделенной культуры. Такую идентификацию осуществляют на последнем этапе культурального метода исследования.

б. Серологические реакции можно так же использовать для выявления антител против микробных антигенов. В этом случае смешивают диагностикум (взвесь известного антигена) и сыворотку крови больного. Такой способ диагностики микробных заболеваний называется серодиагностика.

2. Кожно-аллергические пробы используются для выявления специфической гиперчувствительности (аллергии) к аллергенам, в том числе микробным. Из взвесь вводят больному внутри- или накожно.

3. В настоящее время в диагностике всё шире применяются методы оценки иммунного статуса, позволяющие выявить нарушения иммунологического реагирования организма человека, в том числе на микробные, антигены.

1.5 История развития микробиологии

Истории микробиологии выделяют четыре периода.

А. Первый период называется описательный.

1. Он длился с конца XVII до середины ХХ в.

2. В этот период произошло открытие мира микроорганизмов и описание внешнего вида большинства бактерий.

3. Ключевой фигурой этого периода является изобретатель микроскопа и первый человек, увидевший удивительный и таинственный мир микроорганизмов - Левенгук (Рис. 1-1).

Рис.1-1 Левенгук

Б. Второй период развития микробиологии носит название физиологический (или, как его ещё называют по имени, пожалуй, самого выдающегося микробиолога всех времён и народов - пастеровский).

1. Второй период охватывает время с середины XIX до начала ХХ в.

2. Этот период развития микробиологии характеризуется началом изучения жизнедеятельности (физиологии) бактериальной клетки, открытием болезнетворных бактерий, началом научной микробиологии.

3. Развитие микробиологии в этот период практически полностью определяли два великих учёных, ставших основоположниками научной микробиологии - Пастер (Рис. 1-2) и Кох (Рис. 1-3). Их заслуги настолько значительны, что будет справедливым рассмотреть их чуть ниже, выделив в самостоятельный раздел.

Рис. 1-2. Пастер

Рис.1-3 Кох

В. Третий период развития микробиологии называется иммунологический.

1. Он продолжался с начала до середины ХХ века.

2. Как следует из названия, третий период развития микробиологии характеризуется прежде всего открытием иммунитета и началом развития иммунологии.

3. Из наиболее заслуженных учёных, работавших в этот период, необходимо упомянуть Мечникова, Эрлиха, Флеминга, Домагка и Ивановского.

а. Мечников (Рис. 1-4) разработал клеточную теорию иммунитета.

Рис. 1-4. Мечников

Рис. 1-5. Эрлих

б. Эрлих (Рис. 1-5) разработал гуморальную теорию иммунитета, он же является основоположником химиотерапии инфекционных заболеваний.

в. Флеминг (Рис. 1-6) открыл пенициллин.

г. Домагк положил начало применению сульфаниламидов в медицинской практике.

д. Ивановский (рис. 1-7) открыл вирусы.



Рис. 1-6. Флеминг

Рис. 1-7. Ивановский

Г. Последний период развития микробиологии называется, что понятно, современным.

1. Начался он с середины ХХ в.

2. Характеризуется современный период развития микробиологии разработкой молекулярных методов исследования.

3. Из учёных этого периода необходимо упомянуть Львова, Портера, Эдельмана, Бернета, Галло, Монтанье, Пруссинера.



Рис. 1-8. Львов

Рис. 1-9. Бернет

Рис. 1-10. Прусинер

а. Львов (Рис. 1-8) открыл способность вирусов сохраняться в виде интегрированных в хромосому клетки-хозяина нуклеотидных последовательностей, которые были названы провирусом. Это открытие революционным образом изменило представление о молекулярных механизмах взаимодействия вируса с инфицированной клеткой.

б. Работы Портера и Эдельмана позволили понять строение иммуноглобулинов (антител).

в. Бернет (Рис. 1-9) сформулировал клонально-селекционную теорию иммунитета, лежащую в основе современных взглядов на функционирование иммунной системы.

г. Галло и Монтанье открыли вирус иммунодефицита человека (ВИЧ) - самый страшный из инфекционных агентов, с которыми когда-либо сталкивалось человечество. В настоящее время пандемия ВИЧ-инфекции не контролируется всемирным здравоохранением и несёт реальную угрозу существования вида Homo sapiens.

д. Прусинер (Рис. 1-10) открыл прионы - инфекционные белки, по всей видимости, не содержащие нуклеиновых кислот. Прионовые инфекции - губчатые энцефалопатии - абсолютно смертельные заболевания, не поддающиеся лечению.

1.6 Основоположники научной микробиологии Пастер и Кох

Пастер и Кох - два величайших учёных, подобно двум атлантам, держат на своих плечах всё грандиозное здание современной научной микробиологии. Именно они - и прежде всего Пастер - превратили интересное времяпрепровождение, которым было до середины ХІХ века рассматривание в «трубу Левенгука» забавных микроскопических существ, в настоящую науку, буквально перевернувшую всю систему взглядов на саму сущность жизни.

А. Пастер был по своему образованию химиком, в микробиологию его привела логика научного поиска. Как химик, он занялся изучением брожения - как тогда полагали, химического процесса - и открыл его биологическую сущность: брожение, как оказалось, осуществляли микроорганизмы. Пастер занялся дальнейшим изучением живых микроскопических объектов, создав новую науку - микробиологию и превратившись в этой новой науке в непререкаемого авторитета.

1. Пастер доказал патогенность для человека стафилококка, пневмококка. В медицинской микробиологии принято считать первооткрывателем микроба не того, кто первым описал его, а того, кто доказал его роль как этиологического агента того или иного заболевания. Поэтому Пастера считают первооткрывателем этих бактерий. Кроме них Пастер открыл клостридии.

2. Пастер первым разработал алгоритм приготовления живых (ослабленных) вакцин, назвав эти препараты в честь эмпирического открытия Дженнера, разработавшего оспопрививание (лат. vacca = корова). Пастер приготовил вакцины протии куриной холеры, сибирской язвы и бешенства. Последнюю вакцину он создал, даже не зная возбудителя болезни (вирусы были открыты позднее). Таким образом, Пастера смело можно назвать основоположником иммунологии.

3. Пастеру принадлежит и множество других открытий.

а. Как уже упоминалось выше, Пастер открыл микробную природу брожения.

б. Кроме этого им была открыта микробная же природа болезней шелковичных червей, а так же природа порчи (скисания) вина и пива. Эти открытия великого учёного принесли Франции огромную материальную выгоду.

в. Пастер доказал невозможность самозарождения микроорганизмов.

г. Пастер изобрёл такие широко ныне применяемые способы стерилизации, как стерилизация сухим жаром и пастеризация.

Б. Кох, в отличие от Пастера, был врачом. После окончания университета он работал в глухом уголке Восточной Пруссии. Чтобы развеять скуку мужа, жена подарила ему на день рождения микроскоп, который рассматривался в то время как полуигрушка. Так получилось, что этот подарок положил начало научной карьере Коха, будущего лауреата Нобелевской премии за открытие возбудителя самого страшного в то время заболевания - туберкулёза.

1. Кох открыл возбудителей сибирской язвы, холеры («запятая Коха») и туберкулёза («палочка Коха»).

2. Кох усовершенствовал правила, предложенные Генле, для доказательства этиологической роли данного микроба в развитии данного заболевания. Триада Генле-Коха гласит: чтобы данный микроб считался возбудителем данного заболевания необходимо:

- выделить данный микроб от больного (при этом от здорового он выделять не должен),

- получить чистую культуру данного микроба,

- при заражении ею лабораторного животного, у последнего должно развиться заболевание со схожей клинической картиной.

В настоящее время все три положения триады Генле-Коха уже устарели, но в своё время (конец ХІХ - начало ХХ в.) это были чёткие правила, следуя которым, микробиологи один за другим открывали возбудителей инфекционных заболеваний. Это было время информационного взрыва в микробиологии.

3. Кох очень много сделал в области практической бактериологии.

а. Им были введены в бактериологическую практику плотные питательные среды.

б. Кох предложил окрашивать микроорганизмы анилиновыми красителями.

в. Кох оснастил микроскоп иммерсионным объективом, положив начало использованию иммерсионной микроскопии, самого распространённого метода микроскопии в бактериологических лабораториях.

г. Кох первым стал применять микрофотографию.

д. Кох разработал метод стерилизации текущим паром. Прибор, применяемый для этой цели до сих пор, называется «аппаратом Коха».

1.7. Развитие микробиологии в Беларуси

На территории Беларуси и научные учреждения, в которых развивалась микробиологическая наука и учебные заведения, где микробиология преподавалась как предмет, возникли в первой трети ХХ века, но впервые микроскоп как научный прибор применили здесь в конце XVIII века.

А. В конце XVIII века в Гродно Жилибером (Рис. 1-11) была основана медицинская академия. В одной из своих статей Жилибер описывает свою попытку в отделяемом язвы найти в микроскоп мельчайших животных, которые могли бы быть причиной заболевания. По описанию клинических симптомов можно сделать предположение, что у больного была сибирская язва - Жилибер вполне мог увидеть в микроскоп возбудителя. И хотя сибиреязвенная бацилла была открыта значительно позже, именно попытку Жилибера можно назвать первым в истории Беларуси случаем использования микроскопа в диагностике инфекционной болезни.

Б. Становление микробиологической науки в Беларуси связано с именем Эльберта (Рис. 1-12). Эльберт, чья научная деятельность продолжалась с 20-х по 60-е годы ХХ в., основал в Минске санитарно-бактериологический институт и первую кафедру микробиологии. Эльберт много сделал для изучения клебсиелл, он является соавтором создания вакцины для профилактики туляремии (вакцина Гайского-Эльберта).

В. Его ученик и соратник Гельберг (Рис. 1-13) основал кафедру микробиологии в Гродненском медицинском институте. Гельберг, чья научная деятельность протекала с 20-х по 90-е гг. ХХ в., заслужил мировое признание своими работами по изучению микобактерий. Кафедра микробиологии, вирусологии и иммунологии Гродненского государственного медицинского университета носит имя С.И.Гельберга.



Рис.1-11. Жилибер

Рис.1-12. Эльберт

Рис. 1-13. Гельберг



Рис. 1-14. Красильников

Рис. 1-15. Титов

Рис. 1-16. Вотяков

Г. Красильников (Рис. 1-14), время деятельности которого выпадает на 40-е - 90-е гг. ХХ в. является ведущим белорусским бактериологом конца ХХ века, его работы по изучению клебсиелл, лептоспир, не потеряли своего значения и по сей день. Именно Красильников, по желанию Эльберта, принял из его рук кафедру микробиологии Минского медицинского института и возглавлял её не одно десятилетие. Как в своё время Эльберт, так и Красильников, передал заведование кафедрой своему самому достойному ученику - Титову (рис. 1-15), ведущему белорусскому иммунологу, который сейчас, являясь членом Национальной академии наук Беларуси, возглавляет не только кафедру микробиологии Белорусского медицинского университета, но и Научно-исследовательский институт эпидемиологии и микробиологии - центральное научное учреждение в области медицинской микробиологии нашей страны.

Д. Основоположником белорусской вирусологии является Вотяков (Рис. 1-16), работающий в Беларуси с 1950 г. Он внес значительный вклад в решение многих проблем общей и прикладной вирусологии и эпидемиологии, в выяснение механизмов развития вирусных инфекций, их лечение химиопрепаратами. За 50 с лишним лет своей работы Вотяков создал белорусскую школу вирусологов.



2. СИСТЕМАТИКА МИКРООРГАНИЗМОВ

2.1 Типы таксономии биологических объектов

Существует два основных типа таксономии (т.е. систематики или классификации) биологических объектов - филогенетический и практический. В последние годы в систематику микроорганизмов пришли молекулярные генетики и своими исследованиями смешали два этих принципа. Как результат, современная классификация микробов стала, несомненно, более научной, но, к сожалению, более путанной. Кроме этого, она менее удобна для применения в практической работе - даже в научных журналах многие авторы продолжают пользоваться устаревшей классификацией или совмещать обе системы; тем более, что более новые системы таксономии еще не устоялись и меняются с калейдоскопической быстротой. Ниже будут, как правило, приводится традиционные варианты таксономии микроорганизмов, любители «передового рубежа науки» могут почерпнуть нужную информацию в научной периодике и монографической литературе.

А. Филогенетическая систематика биологических объектов называется также естественной систематикой.

1. При этом типе таксономии биологических объектов в один таксон (группу классификации) объединяются объекты, имеющие общий корень происхождения. Т.е. общий принцип такой классификации можно сформулировать как «кто от кого произошёл».

2. Филогенетическая (естественная) систематика является основным типом таксономии, применяемой в общей биологии.

Б. Практическая систематика биологических объектов называется также искусственной систематикой.

1. При этом в один таксон объединяются биологические объекты, схожие по своим признакам. Общий принцип такой классификации можно сформулировать как «кто на кого похож».

2. Практическая (искусственная) систематика является основным типом таксономии, применяемой в микробиологии.

2.2 Признаки, лежащие в основе современной таксономии микроорганизмов

Микроорганизмы классифицируются на основе морфологических, биохимических, физиологических (культуральных), серологических и молекулярно-биологических признаков.

А. Морфологические признаки выявляются с помощью микроскопического метода исследования. Можно сказать, что описывая морфологию микроорганизмов, описывают все те признаки, которые видны в микроскоп.

1. Морфологические признаки включают в себя форму, размер и строение бактериальной клетки или вирусной частицы.

2. Морфологические признаки используются и в классификации бактерий и в классификации вирусов.

Б. Биохимические признаки микроорганизмов изучаются в ходе культурального метода исследования.

1. Под биохимическими признаками понимают биохимическую активность бактерий (так как вирусы не имеют собственного метаболизма, то об их биохимической активности говорить не приходится). Т.е. какие субстраты разлагает бактериальная клетка и какие продукты её метаболизма при этом образуются.

2. Биохимические признаки используются в классификации бактерий, но не вирусов.

В. Культуральные (или физиологические) признаки так же изучаются в ходе культурального метода исследования.

1. Под культуральными признаками понимают характер роста микроорганизмов на искусственных питательных средах.

2. Культуральные признаки так же используются лишь в классификации бактерий, но не вирусов, так как последние не растут (как облигатные паразиты) на искусственных питательных средах.

Г. Серологические признаки изучаются с помощью иммунологического метода исследования (а именно, с помощью серологических реакций). Эта группа признаков микробов изучается в курсе иммунологии.

1. Под серологическими признаками микроорганизма понимают его антигенный состав.

2. Серологические признаки используются в классификации как бактерий, так и вирусов.

Д. Молекулярно-биологические признаки микроорганизмов выявляются при генетическом исследовании.

1. К молекулярно-биологическим признакам относят особенности строения нуклеиновых кислот микроорганизмов.

а. С помощью специальных методов, о которых речь пойдёт ниже, в разделе, рассказывающем о генетике бактерий, изучают строение ДНК.

б. Используют в таксономии микроорганизмов и особенности строения их РНК.

1. Структура иРНК используется для классификации РНК-геномных вирусов.

2. У бактерий с таксономической целью используют особенности 16S рРНК. рРНК находится вне сферы действия отбора, и эволюционируют только в ходе спонтанных мутаций, скорость которых постоянна. Поэтому количество нуклеотидных замен в молекулах сравниваемых рРНК может служить мерой эволюционного расстояния между организмами.

2. Включение молекулярно-биологических признаков в систематику сближает оба типа таксономии, так как сходство на уровне нуклеиновых кислот отражает не только простое сходство признаков, но и эволюционную близость сравниваемых микроорганизмов. Молекулярно-биологические признаки использую (с вышеуказанными особенностями) в классификации как бактерий, так и вирусов.

2.3 Иерархическая система таксонов, применяемых в бактериологии и вирусологии

Из-за принципиального отличия в строении и функционировании прокариот (бактерий) и вирусов, система таксонов, применяемых в их классификации, так же различна.

А. У бактерий таксоны располагаются в следующем нисходящем порядке: царство, отдел, порядок, семейство, род, вид, подвидовые категории.

1. Царство - самый крупный таксон, все бактерии объединены в царство Procaryota, названное так вследствие особенности строения бактериальной клетки. Среди эукариот также есть микроорганизмы - это микроскопические грибки и простейшие.

2. По особенностям строения клеточной стенки прокариоты классифицируются на четыре отдела, три из которых (Firmicutes, Gracilicutes и Tenericutes) объединяют эу(истинные)бактерии, а один (Mendosicutes) - так называемые архебактерии (малоизученные прокариоты, обитающие в экстремальных условиях). Медицинская микробиология не изучает архебактерии, поскольку они не имеют медицинского значения.

3. Название порядка у бактерий всегда заканчивается на -ales. На порядки классифицируется большинство прокариот.

4. Название семейства у прокариот заканчивается на -ceae. Практически все прокариоты классифицированы на семейства.

5. Семейства подразделяются на роды. Из их числа лишь немногие, так называемые роды с неясным таксономическим положением, не классифицированы как относящиеся к тому или иному семейству.

6. Роды подразделяются на виды. Вид является основной таксономической единицей у всех форм клеточной жизни (т.е. не только у про-, но и у эукариот).

7. Вследствие выраженной способности к изменчивости, виды бактерий отличаются крайней степенью гетерогенности. Поэтому в систематике прокариот используются так называемые подвидовые категории: вариант, штамм, клон.

а. Особи одного вида, отличающиеся друг от друга каким-либо признаком, классифицируются как различные варианты («-вары») этого вида. Раньше эти таксономические единицы назывались «-типами» и этот термин до сих пор встречается в научной литературе.

1. Морфовары отличаются друг от друга своими морфологическими признаками.

2. Биовары - биологическими признаками (например, культуральными).

3. Ферментовары отличаются друг от друга набором ферментов и, как следствие, биохимической активностью. Часто для их обозначения также используется термин «биовар».

4. Резистенсвары отличаются устойчивостью к антимикробным веществам, прежде всего к антибиотикам.

5. Фаговары отличаются чувствительностью к типовым фагам (вирусам бактерий),

6. Серовары отличаются друг от друга своим антигенным составом.

7. Эковары различны по среде своего обитания, т.е. тем экологическим нишам, которые занимают эти варианты.

8. Патовары отличаются друг от друга уровнем своей болезнетворности (патогенностью, вирулентностью)

б. Термин штамм используется для обозначения бактериальной культуры, выделенной из конкретного источника. Например, две культуры кишечной палочки, выделенные из кишечника разных людей, могут быть абсолютно идентичны друг другу по всем своим свойствам, однако, тем не менее, они будут считаться двумя различными штаммами.

в. Потомство одной бактериальной клетки называется клоном. В генетике этот термин используется для обозначения двух особей, идентичных по своему геному. В практической бактериологии клональной называется культура, выросшая из одной клетки, хотя уже после 5 - 7 делений, вследствие выраженной изменчивости, бактериальные клетки теряют генетическую идентичность.

Б. У вирусов таксоны располагаются в следующем нисходящем порядке: царство, подцарство, семейство, подсемейство, род, название вируса, варианты вируса.

1. Вирусы, как неклеточная форма жизни выделяются в отдельное царство Vira.

2. В зависимости от типа нуклеиновой кислоты, а вирусная частица, в отличие от клетки содержит или ДНК или РНК, царство Vira подразделяется на два подцарства - ДНК- и РНК-геномных вирусов.

3. Подцарства содержат семейства. Это наиболее часто употребляемое название вирусных таксонов. Когда говорят «герпесвирус» или «аденовирус» имеют в виду именно семейство. Название семейства в латинском написании обязательно имеет окончание -viridae.

4. Некоторые семейства подразделяются на подсемейства. Название этого таксона заканчивается на -virinae.

5. Основной таксономической единицей в систематике вирусов является род (понятие «вид» в вирусологии не определено).

6. В роды входят отдельные вирусы. Например, в род Orthoparamyxovirus входят вирусы парагриппа, эпидемического паротита, ньюкаслской болезни.

7. Вирусы так же, как и бактерии, классифицируются на различные варианты. Чаще всего речь идёт об антигенных вариантах - в этом случае, как и у бактерий, употребляется термин «серовар» или «серотип».

3. Методы изучения морфологии микроорганизмов

3.1 Методы микроскопии

Для изучения морфологии микроорганизмов необходим микроскоп. В микробиологии используют два вида микроскопии - электронную и световую.

А. Электронная микроскопия используется специализированными лабораториями.

1. Для ее осуществления необходим электронный микроскоп (Рис. 6-1).

Рис. 6-1. Электронный микроскоп (лаборатория Нижегородского университета, Россия)

2. Принцип его действия заключается в том, что вместо световой волны используется пучок электронов, что позволяет увеличить чувствительность метода на несколько порядков.

3. Электронная микроскопия используется для обнаружения и изучения вирусов, а также для изучения ультраструктуры бактериальной клетки.

Б. Световая микроскопия может использоваться и обычными лабораториями.

1. Обычная световая микроскопия используется в микробиологической практике сравнительно редко. В обиходе микробиологов этот метод часто называется «сухим», в противоположность иммерсионному методу микроскопии.

а. Для этого вида микроскопии используется обычный биологический микроскоп (Рис. 6-2).

б. Принцип действия этого микроскопа рассматривается в курсе физики.

в. «Сухой» объектив может использоваться, например, для микроскопирования препарата «придавленная капля» при определении подвижности бактерий.

2. При иммерсионной микроскопии используется специальное иммерсионное масло.

а. В качестве иммерсионного микроскопа служит обычный биологический микроскоп, но оснащенный специальным объективом (маркированным черной полосой).

б. Принцип метода заключается в том, что иммерсионное масло, обладая коэффициентом преломления чрезвычайно близким к коэффициенту преломления стекла, делает потерю световых лучей на границе сред стекло предметного стекла/масло и масло/стекло объектива минимальной, что улучшает качество микроскопической картины и увеличивает разрешающую способность микроскопа.

в. Именно иммерсионная микроскопия используется в бактериологии наиболее часто.

3. Более редко в бактериологии используется темнопольная микроскопия.

а. С этой целью обычный биологический микроскоп оснащается специальным темнопольным конденсором.

б. Принцип его действия заключается в том, что все прямые лучи минуют объектив, куда попадают лишь те из них, которые преломились на объекте микроскопирования. Поэтому микроорганизмы видны как светящиеся объекты на темном фоне.

в. Темнопольная микроскопия наиболее часто используется для обнаружения спирохет, так как позволяет визуализировать очень тонкие объекты.

4. В ряде случаев в бактериологических лабораториях используется фазово-контрастная микроскопия.

а. Для этого обычный биологический микроскоп оснащается специальной приставкой с особым набором линз (Рис. 6-3).

б. Принцип её действия заключается в том, что смещение фазы световой волны, происходящее при её прохождении через прозрачные для нашего глаза объекты и не воспринимаемое человеческим глазом (собственно именно поэтому такие объекты и выглядят прозрачными), преобразовывается в изменение амплитуды световой волны. А изменение этого параметра воспринимается нашим глазом - объект становится видимым.

в. Фазово-контрастная микроскопия используется, как правило, для обнаружения очень тонких (например, спирохеты, жгутики бактериальной клетки) или высоко прозрачных (например, микоплазмы) объектов.

5. И бактериологические и иммунологические и вирусологические лаборатории не могут считаться современными без возможности использования люминесцентной микроскопии.

а. Для этой цели служит особый люминесцентный микроскоп (Рис.6-4).



Рис. 6-2. Биологический микроскоп (БИОЛАМ Р-11)

Рис. 6-3. Микроскоп с фазово-контрастным набором

Рис. 6-4. Люминесцентный микроскоп (Олимпус ВХ 41)

б. Принцип её действия заключается в том, что используемые при обработке мазка для этого вида микроскопии особые, люминесцентные, красители вызывают свечение микроскопируемого объекта под воздействием коротковолнового (чаще всего - синего) света, которым он освещается (явление наведённой люминесценции).

в. Люминесцентная микроскопия широко используется в современной микробиологии.

1. Для выявления в мазке некоторых видов бактерий используются специальные флюоресцентные красители, обуславливающие специфическое свечение изучаемых микроорганизмов.

а. Для выявления возбудителя сибирской язвы используется родамин.

б. Красное свечение зёрнам волютина, наличие которых позволяет идентифицировать коринебактерии, обуславливает корефосфин.

в. Аурамин используется для выявления микобактерий туберкулёза, которые, при обработке мазка этим флюорохромом и микрокопировании его в люминесцентном микроскопе, выглядят как жёлтые палочки на зелёном фоне.

2. Люминесцентная микроскопия используется также для оценки реакции иммунофлюоресценции. Если антитела диагностической сыворотки адсорбируются на поверхности клетки, содержащий выявляемый антиген, то в люминесцентном микроскопе такая клетка будет окружена жёлто-зелёным ободком, так как антитела флюоресцирующей сыворотки метятся специальным флюорохромом - флюоресцеинизотиоционатом натрия (ФИТЦ).

3.2 Методы окраски мазков

В основном для окраски микроорганизмов используются анилиновые красители. В зависимости от их количества и, соответственно, цели исследования все методы окраски подразделяются на две группы.

А. При простых методах окраски используется лишь одна краска.

1. С этой целью в бактериологии используются, как правило, или водный фуксин или метиленовая синька.

2. Простые методы окраски используются для ориентировочной, предварительной, микроскопии - наличия в патологическом материале бактерий, определение их формы и расположения в мазке.

Б. При сложных методах окраски используются ряд красок в определенной последовательности. Такие методы используются для выявления в патологическом материале определённых микроорганизмов, а также особенностей их ультраструктуры.

1. Окраска по Граму используется для определения типа строения клеточной стенки. Это основной метод в бактериологии. В зависимости от окраски по Грамму все бактерии подразделяются на грамположительные и грамотрицательные.

2. Окраска по Цилю-Нильсену используется для выявления кислотоустойчивых бактерий (а именно - микобактерий), а также для обнаружения спор.

3. Окраска по Нейссеру используется для выявления цитоплазматических включений волютина и идентификации по их наличию коринебактерий (в частности - возбудителей дифтерии).

4. Окраска по Бури-Гинсу используется для выявления макрокапсул.

5. Окраска по Морозову используется для выявления жгутиков. Этот метод окраски используется также для выявления трепонем. Кроме того, окраску по Морозову используют в вирусологии - для выявления в оспенных пузырьках вирусов натуральной и ветряной оспы.

6. Окраска по Здрадовскому используется для выявления риккетсий и хламидий.

7. Окраска по Романовскому-Гимзе также, наряду с окраской по Здрадовскому, используется для выявления риккетсий и хламидий; кроме того, этот метод окраски используется для выявления спирохет (с их идентификацией до рода в зависимости от цвета окрашивания), а также для выявления простейших.

1Г. Тестовые вопросы по теме занятия

Микроскопический метод диагностики:

-обнаружение микроба-возбудителя в патологическом материале с помощью микроскопии

- выделение микроба-возбудителя из патологического материала в чистой культуре и его идентификация

- заражение патологическим материалом лабораторного животного

- обнаружение специфических антител или микробных антигенов

Культуральный метод диагностики:

- обнаружение микроба-возбудителя в патологическом материале с помощью микроскопии

-выделение микроба-возбудителя из патологического материала в чистой культуре и его идентификация

- заражение патологическим материалом лабораторного животного

- обнаружение специфических антител или микробных антигенов

Биологический метод диагностики:

- обнаружение микроба-возбудителя в патологическом материале с помощью микроскопии

- выделение микроба-возбудителя из патологического материала в чистой культуре и его идентификация

- заражение патологическим материалом лабораторного животного

- обнаружение специфических антител или микробных антигенов

Иммунологический метод диагностики:

- обнаружение микроба-возбудителя в патологическом материале с помощью микроскопии

- выделение микроба-возбудителя из патологического материала в чистой культуре и его идентификация

- заражение патологическим материалом лабораторного животного

- обнаружение специфических антител или микробных антигенов

Описательный период развития микробиологии:

- изобретен микроскоп и открыты микроорганизмы

- разработаны методы культивирования микроорганизмов и открыты первые возбудители микробных заболеваний человека

открыт иммунитет

разработаны молекулярные методы исследования

Физиологический период развития микробиологии:

изобретен микроскоп и открыты микроорганизмы

-разработаны методы культивирования микроорганизмов и открыты первые возбудители микробных заболеваний человека

открыт иммунитет

разработаны молекулярные методы исследования

Иммунологический период развития микробиологии:

изобретен микроскоп и открыты микроорганизмы

разработаны методы культивирования микроорганизмов и открыты первые возбудители микробных заболеваний человека

-открыт иммунитет

разработаны молекулярные методы исследования

Современный период развития микробиологии:

изобретен микроскоп и открыты микроорганизмы

разработаны методы культивирования микроорганизмов и открыты первые возбудители микробных заболеваний человека

открыт иммунитет

-разработаны молекулярные методы исследования

Пастеровский период развития микробиологии:

описательный период развития микробиологии

-физиологический период развития микробиологии

иммунологический период развития микробиологии

современный период развития микробиологии

Пастером открыты:

-стафилококк

-пневмококк

-клостридии

палочка сибирской язвы

холерный вибрион

туберкулёзная палочка

Кохом открыты:

стафилококк

пневмококк

клостридии

-палочка сибирской язвы

-холерный вибрион

-туберкулёзная палочка

Пастер:

-разработал первые живые вакцины

-разработал метод стерилизации пищевых продуктов - пастеризацию

ввёл использование плотных питательных сред

первым стал использовать методы окраски мазков

оснастил микроскоп иммерсионным объективом

Кох:

разработал первые живые вакцины

разработал метод стерилизации пищевых продуктов - пастеризацию

-ввёл использование плотных питательных сред

-первым стал использовать методы окраски мазков

-оснастил микроскоп иммерсионным объективом

Учёный, с чьим именем связано становление микробиологической науки в Беларуси:

Жилибер

-Эльберт

Вотяков

Основоположник белорусской вирусологии:

Жилибер

Эльберт

-Вотяков

В один таксон объединяет объекты, имеющие общий корень происхождения:

-филогенетическая систематика

практическая систематика

В один таксон объединяет объекты, схожие по своим признакам:

филогенетическая систематика

-практическая систематика

Основная таксономическая единица в бактериологии:

вариант

штамм

клон

-вид

род

семейство

порядок

Подвидовые категории в таксономии микрооорганизмов:

-вариант

-штамм

-клон

вид

род

семейство

порядок

Основная таксономическая единица в вирусологии:

вариант

штамм

клон

вид

-род

семейство

порядок

Какой вид микроскопии наиболее часто используется в бактериологии:

электронная

обычная световая

-иммерсионная

тёмнопольная

фазово-контрастная

люминесцентная

Простые методы окраски мазков:

-метиленовым синим

-водным фуксином

по Граму

по Цилю-Нильсену

по Нейссеру

по Бурри-Гинсу

Сложные методы окраски мазков:

метиленовым синим

водным фуксином

-по Граму

-по Цилю-Нильсену

-по Нейссеру

-по Бурри-Гинсу

1Д. Практические навыки, приобретаемые на занятии

1. Приготовление мазка из культуры, выросшей на плотной питательной среде.

2. Приготовление мазка из культуры, выросшей на жидкой питательной среде.

3. Окраска мазка метиленовым синим.

4. Окраска мазка водным фуксином.

5. Микроскопия мазка с использованием иммерсионной системы.

Размещено на Allbest.ru

...