Основы микробиологии

Генная инженерия и современная биотехнология. Примеры использования в микробиологической практике.

Генная инженерия - раздел молекулярной генетики, связанный с конструированием не существующих в природе сочетаний генов при помощи генетических и биохимических методов.

Биотехнология [от греч. bios, жизнь, +techne, мастерство] -- наука, изучающая производственные процессы, основанные на использовании с различными целями микроорганизмов, биокатализаторов и различных биологических систем (культур растительных и животных тканей, протопластов и т. д. ). Её отличие от традиционной микробиологической и бродильной промышленности заключается в том, что биотехнология возникла на основе достижений генной инженерии и инженерной энзимологии (науки о применении ферментов в микробиологической промышленности). Современная биотехнология базируется на применении последних достижений в области создания рекомбинантных ДНК и генетически модифицированных организмов.

Области применения биотехнологии

Новые методы получения промышленно важных продуктов -- прежде всего методы биотехнологии, и в особенности, промышленной микробиологии. Промышленная микробиология основывается на применении микроорганизмов в промышленности для получения коммерчески ценных продуктов и лекарств. Важнейшие продукты микробного синтеза -- специальные вещества, используемые для фармацевтических и пищевых целей (антибиотики, ферменты, ингибиторы ферментов, витамины, ароматизаторы, добавки для пищевой промышленности и др. ). Гибкость метаболизма и высокая способность микробов к адаптации, простота культивирования, изученность генетики, разработанные методы направленного создания штаммов с задачами свойствами -- преимущества, делающие микробную биотехнологию одним из перспективных направлений промышленности. Целесообразность промышленного производства определяется такими факторами, как высокий выход продукта (образование больших количеств из исходного материала), низкая стоимость производства и доступность сырья.

Примеры использования: антибиотики, ферменты, аминокислоты, иммунорегуляторы, вакцины, гормональные препараты

36. Химиотерапевтические препараты бактериостатического и бактерицидного действия. Тактика их клинического применения.

I. Бактерицидные препараты

1. Ингибиторы синтеза клеточной стенки (пенициллины, цефалоспорины, другие бета-лактамные антибиотики, ристомицин, циклосерин, бацитрацин, ванкомицин, рифампицин). Препараты подавляют активность ферментов, участвующих в синтезе пептидогликана, лишая клетку основного каркаса, а также способствуют активации аутолитических процессов. Действуют только на делящиеся клетки.

2. Препараты, нарушающие проницаемость цитоплазматической мембраны (полимиксины, полиеновые антибиотики). Действуют на делящиеся и покоящиеся клетки.

3. Препараты, нарушающие проницаемость цитоплазматической мембраны, и ингибиторы

синтеза нуклеиновых кислот и белка [аминогликозиды, грамицидин, хлорамфеникол (активны в отношении некоторых видов Shigella)]. Препараты оказывают бактерицидное и бактериостатическое действие. Точка приложения эффекта -- делящиеся и покоящиеся клетки.

II. Бактериостатические препараты -- ингибиторы синтеза нуклеиновых кислот и белка (хлорамфеникол, тетрациклины, макролиды, линкомицин, клинфамицин, фузидин и др. ).

Принципы рациональной и комбинированной химиотерапии.

Принципы рациональной химиотерапии:

* химиотерапия должна назначаться строго по показаниям (т. е. только в тех случаях, когда без нее нельзя обойтись) и с учетом противопоказаний (например повышенной чувствительности или аллергической реакции к препаратам той или иной группы). Выбор препарата для химиотерапии может проводиться в различных вариантах;

* при этиологически расшифрованных заболеваниях выбор препарата должен определяться с учетом чувствительности возбудителя (антибиотикограмма), выделенного от данного конкретного больного в результате бактериологического исследования;

* при выделении возбудителя без определения его чувствительности к химиопрепаратам или при эмпирической инициальной химиотерапии заболевания с неидентифицированным, но предполагаемым возбудителем выбор препарата для химиотерапии должен основываться на показателях антибиотикочувствительности соответствующих микроорганизмов -- наиболее вероятных возбудителей данной нозологической формы заболевания по данным литературы или при ориентации на данные о региональной чувствительности тех или иных инфекционных агентов -- возбудителей данного заболевания;

* лечение должно проводиться строго по схеме, рекомендованной для выбранного химиопрепарата (способ и кратность введения препарата, длительность лечения), а также с учетом коэффициента увеличения концентрации препарата в целях создания эффективных концентраций препарата непосредственно в органах и тканях (примерно 4 МПК -- минимальная подавляющая концентрация, определенная методом серийных разведений);

* длительность приема химиопрепаратов должна составлять, как минимум, 4--5 дней в целях профилактики формирования устойчивости возбудителя к данному препарату, а также формирования бактерионосительства (при дерматомикозе, кандидозе и трихомониазе влагалища с целью предупреждения рецидивов лечение продолжают в течение 2--4 недель после исчезновения симптомов заболевания);

* химиотерапию желательно дополнить применением средств, способствующих повышению активности защитных механизмов макроорганизма -- принцип иммунохимиотерапии;

* весьма эффективны при проведении химиотерапии комбинации препаратов с различными механизмами и спектром действия (в настоящее время в гинекологической практике в России широко используется для местного лечения вагинитов неясной этиологии препарат полижинакс, представляющий собой комбинацию неомицина, полимиксина и нистатина);

* при эмпирической терапии, т. е. при неизвестной чувствительности возбудителей, желательно комбинировать препараты с взаимодополняющим спектром действия -- для расширения спектра действия фторхинолонов на анаэробы и простейшие во многих случаях рекомендуется их комбинация с метронидазолом (трихополом), обладающим бактерицидным действием по отношению к этим микроорганизмам.

При комбинированном применении препаратов необходимо учитывать несколько факторов:

* лекарственную совместимость предполагаемых к совместному использованию химиопрепаратов. Например, совместное назначение тетрациклинов с пенициллинами противопоказано, так как тетрациклины уменьшают бактерицидное действие пенициллинов;

* возможность того, что препараты, содержащие одно и то же вещество в качестве активного действующего начала, могут носить различные торговые названия, так как выпускаются разными фирмами, и могут быть дженериками (препаратами, производимыми по лицензии с оригинала) одного и того же химиопрепарата. Например, комбинированный препарат из сульфаниламидов и триметоприма -- котримоксазол -- в странах СНГ больше известен как бисептол или бактрим; а один из фторхинолонов -- ципрофлоксацин -- известен в СНГ и широко применяется в практике как ципробай, цифран, квинтор, неофлоксацин;

* комбинированное применение антибиотиков повышает риск развития дисбаланса нормальной микрофлоры

38. Классификация антибиотиков по принципу химического строения. Понятие о полусинтетических антибиотиках.

Классификация:

1. азотсодержащие гетероциклические соединения, имеющие в своём составе в-лактамное кольцо (пенициллины, цефалоспорины)

2. ароматические соединения, производные диоксиаминофенилпропана(левомицетин)

3. тетрациклины, содержащие четыре конденсированных шестичленных цикла(тетрациклин и его производные)

4. аминогликозидные соединения, в составе которых имеются аминосахара(стрептомицин, мономицин, канамицин, гентамицин и др. )

5. макролиды, содержащие макроциклическое лактонное кольцо, связанное саминосахарами (эритромицин, олеандомицин и др. )

6. ациклические соединения с несколькими сопряжёнными двойными связями -(СН=СН)- (полиены - нистатин, леворин)

К полусинтетическим антибиотикам относятся различные препараты, получаемые биологическим и химическим способами. Исходным продуктом для их получения является вещество, которое синтезируется непосредственно микроорганизмами. Путём присоединения различных химических групп получают его разнообразные аналоги, отличающиеся биологическими свойствами: устойчивостью, антибактериальным спектром. Например, фермент бактерий пенициллиназа, или в-лактамаза, гидролизует в-лактамное кольцобензилпенициллина и лишает его активности, а его полусинтетический аналог оксациллинустойчив к пенициллазе. Другой полусинтетический пенициллин - ампициллин - обладает более широким антибактериальным спектром действия (эффективен также против ряда грамотрицательных бактерий) за счёт введения в его молекулу 6-аминопенициллановойкислоты, повышающей способность препарата проникать через поверхностный липополисахаридный слой клеточной стенки.

Микрофлора почвы. Источники и пути попадания патогенных микробов в почву. Санитарно- показательные микробы почвы. Методы санитарно-бактериологической оценки почвы.

Содержание микробов в почве широко колеблется в зависимости от её химического состава, влажности, температуры, pH и других свойств. В бедных влагой и питательными веществами песчаных почвах находится до 105, в обрабатываемых образцах - до 108- 109 микробов в 1 г. «Живая» масса разных микроорганизмов на 1 га почвы в среднем составляет 1 т. Наибольшее количество отмечается в верхнем слое почвы на глубине 5 - 15 см, затем их число снижается. Почва населена разнообразными микроорганизмами. Среди них имеются свободноживущие азотфиксирующие бактерии рода Azotobacter, некоторые виды родов Nocardia и Clostridium, клубеньковые бактерии рода Rhisobium, нитрифицирующие бактерии родов Nitrobacter, Pseudomonas и грибы, денитрифицирующие бактерии Thiobacillus denitrificans, аммонифицирующие бактерии, а также разнообразные серо- и железобактерии и др. В почве, богатой органическими остатками, большое количество гнилостных анаэробных и аэробных бактерий, актиномицетов, грибов и простейших. Патогенные и условно-патогенные микроорганизмы могут попадать в почву с отбросами итрупами животных и человека, погибших от инфекционных и других заболеваний, а также с их испражнениями, мочой и прочими выделениями. Санитарно-гигиеническое состояние почвы оценивается на основании показателей, указывающих на количественное содержание термофильных бактерий (спорообразующие грамположительные бактерии и актиномицеты) и степень её фекального загрязнения. В качестве показателей фекального загрязнения используют санитарно-показательные бактерии(представители нормальной микрофлоры кишечника). Разные сроки выживаемости этих бактерий в окружающей среде позволяют определить давность её загрязнения фекалиями. Наличие в почве E. coli и Str. faecalis свидетельствует о свежем фекальном загрязнении, обнаружение бактерий родов Citrobacter и Enterobacter расценивается как несвежее фекальное загрязнение, а Clostridium perfringens - как давнее загрязнение. Резкое увеличение количества термофильных бактерий может свидетельствовать о загрязнении почвы разлагающихся отбросах.

Для санитарно-бактериологической оценки почвы определяют микробное число (общее количество микроорганизмов, содержащихся в 1 г почвы), коли-титр (титр - минимальная масса или объём, в котором обнаруживаются данные бактерии), перфингенс-титр и титр термофильных бактерий почвы.

Микрофлора воды. Источники и пути попадания патогенных микробов в воду. Санитарно- показательные микробы воды. Методы санитарно-бактериологической оценки воды.

Численность и состав микроорганизмов в воде обусловлены физико-химическим состоянием, содержанием питательных веществ, флорой и фауной, глубиной водоёма, выпуском сточных и промышленных вод без очистных сооружений и др. В сравнительно чистых водоёмах встречаются разнообразные сапрофиты, поступающие из почвы. К ним относятся Azotobacter, Nitrobacter, Achromobacter, Flavobacterium, Micrococcus, Proteus, Pseudomonas, Spirillumидр. При поступлении в воду большого количества органических веществ в ней обнаруживаются клостридии и другие анаэробы, аэробные бактерии, вибрионы, спирохеты. Загрязнение водоёмов патогенными, условно-патогенными микроорганизмами происходит в результате поступления в них сточных вод из прибрежных населённых пунктов, а также промышленных вод, богатых органическими соединениями. Микрофлора почвы, вымываемой грунтовыми и поверхностными водами, загрязняет водоёмы, реки, озёра и прибрежные воды морей. Кроме того, выпуск сточных вод с судов, стирка белья, купание лошадей, попадание вводу трупов животных, погибших от инфекций, также способствует загрязнению водоёмов патогенными микробами. При загрязнении водоёмов сточными водами в них обнаруживаются E. coli, Enterobacter, Str. faecalis, Cl. perfringens и др. Несмотря на процессы самоочищения водоёмов от условно-патогенных и патогенных микроорганизмов, последние могут стать причиной возникновения водных эпидемий, острых кишечных инфекций: сальмонеллёзов, дизентерии, холеры. Они возникают при авариях канализационной системы и поступлении сточных вод в открытые водоёмы, особенно в водопроводную сеть. Санитарно-гигиеническая оценка воды производится не только по наличию в ней E. coli, нои по степени обсеменённости воды этим микробом. Для этого определяют бродильный титр(наименьший объём воды, при засеве которого на питательную среду с глюкозой обнаруживается газообразование), коли-титр (титр - минимальная масса или объём, в котором обнаруживаются данные бактерии) и коли-индекс (количество данных бактерий в 1 л воды)воды, титр фекального стрептококка и микробное число (общее количество микроорганизмов, содержащихся в 1 мл воды).

Микрофлора воздуха. Источники и пути попадания патогенных микробов в воздух. Санитарно- показательные микробы воздуха. Методы санитарно-бактериологической оценки воздуха.

Состав микрофлоры воздуха зависит от микрофлоры почвы и воды, а также от времени года и метеорологических условий. Видовой состав микробов довольно разнообразен. Чаще всего это спороносные микробы, а также сарцины, дрожжи, пигментообразующие бактерии, актиномицеты и плесневые грибы. Распространение патогенных и условно-патогенных бактерий воздушным путём связано с их устойчивостью к высушиванию. Различают воздушно-капельный, капельно-ядерный и пылевой способы передачи инфекционных агентов воздушным путём. Санитарно-гигиеническое состояние атмосферного воздуха оценивают по микробному числу(общее количество микроорганизмов, содержащихся в 1 м 3 воздуха), а закрытых помещений - по микробному числу и наличию в нём санитарно-показательных бактерий - это б- и в-гемолитические стрептококки и гемолитические стафилококки. Обнаружение первых указывает на возможное загрязнение воздуха микроорганизмами, содержащимися в зеве, носоглотке, верхних отделах респираторного тракта человека и являющимися возбудителями воздушно-капельных инфекций. Присутствие в воздухе Staph. aureus является показателем орально-капельного загрязнения. Одновременное обнаружение золотистого стафилококка и гемолитических стрептококков свидетельствует о высокой степени загрязнения воздуха. Микробное число воздуха определяют различными методами, основанными на принципах седиментации (посев осаждением), аспирации (посев с помощью прибора Кротова) или фильтрации.

Микрофлора пищевых продуктов. Источники и пути попадания патогенных микробов в пищевые продукты. Методы санитарно-бактериологической оценки пищевых продуктов.

Многие пищевые продукты являются благоприятной средой для размножения микроорганизмов. Среди пищевых продуктов имеются и такие, которые содержат собственную специфическую микрофлору. Это молочнокислые продукты, напитки, получаемые путём брожения и пр. Через пищевые продукты могут передаваться возбудители ряда инфекционных заболеваний (кишечные, кокковые инфекции и др. ). Употребление в пищу продуктов, обильнообсеменённых патогенными и условно-патогенными бактериями (сальмонеллы, кишечная палочка, протей и др. ), может вызвать пищевые токсикоинфекции, а наличие в продуктах экзотоксина - пищевую интоксикацию. При забое больных, ослабленных или утомлённых животных может происходить прижизненное инфицирование мяса путём проникновения микробов из кишечного тракта по кровеносной системе. При нарушении правил забоя и хранения мяса оно может загрязниться посмертно. Обычно в мясе обнаруживают Cl. perfringens, энтеробактерии, фекальны естрептококки, протей и др. То же касается мяса рыбы. Наиболее опасны клостридии ботулизма, которые в консервах выделяют экзотоксин. Молоко может инфицироваться животными(зоонозная инфекция - сальмонеллы, бруцеллы, стрептококки и стафилококки), от больных и бактерионосителей (антропонозная инфекция - шигеллы, сальмонеллы, стрептококки и стафилококки, коринебактерии дифтерии, холерный вибрион и др. ). В молоке микробы не только длительно сохраняются, но и активно размножаются. Овощи и фрукты обсеменяются шигеллами, сальмонеллами, холерными вибрионами и др. Санитарно-бактериологические исследования пищевых продуктов проводятся с целью определения степени их обсеменённости (микробное число - общее количество микроорганизмов, содержащихся в 1 мл, 1 г), коли-титра (титр - минимальная масса или объём, в котором обнаруживаются данные бактерии), а по эпидемическим показаниям - на наличие в пищевом продукте патогенных и условно-патогенных бактерий. Санитарно-бактериологические показатели для некоторых продуктов нормированы Государственным отраслевым стандартом (ГОСТ).

Рост и размножение бактерий. Механизм и скорость размножения. Фазы размножения микробов.

1. Понятия роста и размножения бактерий

2. Бактериальная популяция

3. Колонии

1. Для микробиологической диагностики, изучения микроорганизмов и в биотехнологических целях микроорганизмы культивируют на искусственных питательных средах.

Под ростом бактерий понимают увеличение массы клеток без изменения их числа в популяции как результат скоординированного воспроизведения всех клеточных компонентов и структур. Увеличение числа клеток в популяции микроорганизмов обозначают термином "размножение". Оно характеризуется временем генерации (интервал времени, за который число клеток удваивается) и таким понятием, как концентрация бактерий (число клеток в 1 мл).

В отличие от митотического цикла деления у эукариотов размножение большинства прокариотов (бактерий) идет путем бинарного деления, а актиномицетов -- почкованием. При этом все прокариоты существуют в гаплоидном состоянии, поскольку молекула ДНК представлена в клетке в единственном числе.

2. При изучении процесса размножения бактерий необходимо учитывать, что бактерии всегда существуют в виде более или менее многочисленных популяций, и развитие бактериальной популяции в жидкой питательной среде в периодической культуре можно рассматривать как замкнутую систему.

В этом процессе выделяют 4 фазы:

* 1-я -- начальная, или лаг-фаза, или фаза задержки размножения, -- характеризуется началом интенсивного роста клеток, но скорость их деления остается невысокой;

* 2-я -- логарифмическая, или лог-фаза, или экспоненциальная фаза, -- характеризуется постоянной максимальной скоростью деления клеток и значительным увеличением числа клеток в популяции;

* 3-я -- стационарная фаза -- наступает тогда, когда число клеток в популяции перестает увеличиваться. Это связано с тем, что наступает равновесие между числом вновь образующихся и гибнущих клеток. Число живых бактериальных клеток в популяции на единицу объема питательной среды в стационарной фазе обозначается как М-концентрация. Этот показатель является характерным признаком для каждого вида бактерий;

* 4-я -- фаза отмирания (логарифмической гибели) -- характеризуется преобладанием в популяции числа погибших клеток и прогрессивным снижением числа жизнеспособных клеток популяции. Прекращение роста численности (размножения) популяции микроорганизмов наступает в связи с истощением питательной среды и/или накоплением в ней продуктов метаболизма микробных клеток. Поэтому, удаляя продукты метаболизма и/или заменяя питательную среду, регулируя переход микробной популяции из стационарной фазы в фазу отмирания, можно создать открытую биологическую систему, стремящуюся к устранению динамического равновесия на определенном уровне развития популяции.

Такой процесс выращивания микроорганизмов называется проточным культивированием (непрерывная культура). Рост в непрерывной культуре позволяет получать большие массы бактерий при проточном культивировании в специальных устройствах (хемостатах и турбидистатах) и используется при производстве вакцин, а также в биотехнологии для получения различных биологически активных веществ, продуцируемых микроорганизмами.

Для изучения метаболических процессов на протяжении цикла клеточного деления возможно также использование синхронных культур -- таких культур бактерий, все члены популяции которых находятся в одной фазе цикла. Это достигается с помощью специальных методов культивирования.

Однако через несколько одновременных делений синхронизированная клеточная суспензия постепенно снова переходит к асинхронному делению, так что число клеток увеличивается в дальнейшем уже не ступенчато, а непрерывно.

3. При культивировании на плотных питательных средах бактерии образуют колонии -- видимое невооруженным глазом скопление бактерий одного вида, являющееся чаще всего потомством одной клетки.

Колонии бактерий разных видов отличаются:

* формой;

* величиной;

* прозрачностью;

* цветом;

* высотой;

* характером поверхности и краев;

* консистенцией.

Характер колоний -- один из таксономических признаков бактерий.

Определение и сущность понятий "биосфера" и "биоценоз". Современные представления об эволюции микробов.

Биосфемра (от др. -греч. вйпт -- жизнь и уцб?сб -- сфера, шар) -- оболочка Земли, заселённая живыми организмами, находящаяся под их воздействием и занятая продуктами их жизнедеятельности; «пленка жизни»; глобальная экосистема Земли.

Биосфера -- оболочка Земли, заселённая живыми организмами и преобразованная ими. Биосфера сформировалась 500 млн. лет назад, когда на нашей планете стали зарождаться первые организмы. Она проникает во всю гидросферу, верхнюю часть литосферы и нижнюю часть атмосферы, то есть населяет экосферу. Биосфера представляет собой совокупность всех живых организмов. В ней обитает более 3 000 000 видов растений, животных, грибов и бактерий. Человек тоже является частью биосферы, его деятельность превосходит многие природные процессы и, как сказал В. И. Вернадский: «Человек становится могучей геологической силой».

В природе микроорганизмы заселяют практически любую среду (почва, вода, воздух) и распространены гораздо шире, чем другие живые существа. Благодаря разнообразию механизмов утилизации источников питания и энергии, а также выраженной адаптации к внешним воздействиям, микроорганизмы могут обитать там, где другие формы жизни не выживают.

Естественные среды обитания большей части организмов -- вода, почва и воздух. Число микроорганизмов, обитающих на растениях и в организмах животных, значительно меньше. Широкое распространение микроорганизмов связано с лёгкостью их распространения по воздуху и воде; в частности, поверхность и дно пресноводных и солёных водоёмов, а также несколько сантиметров верхнего слоя почвы изобилуют микроорганизмами, разрушающими органические вещества. Меньшее количество микроорганизмов колонизирует поверхность и некоторые внутренние полости животных (например, ЖКТ, . верхние отделы дыхательных путей) и растений.

В зонах обитания микроорганизмы образуют биоценозы [от греч. bios, жизнь, +koinos, сообщество] -- сложные ассоциации со специфическими и часто необычными взаимоотношениями. Каждое микробное сообщество в конкретном биоценозе образуют специфичные аутохтонные микроорганизмы [от греч. autos, свой, +chthon, страна, местность], то есть микробы, присущие конкретной области.

В состав этих сообществ могут внедрятся аллохтонные микробы [от греч. alios, чужой, +chthon, страна; буквально -- чужестранец] (например, паразитические), обычно в них не встречающиеся. В природных биоценозах (почва, вода, воздух) выживают и размножаются лишь те микроорганизмы, которым благоприятствует окружающая среда; их рост прекращается, как только меняются условия окружающей среды. В природе большую часть бактерий поедают хищные простейшие, но часть клеток каждого вида выживает; при наступлении благоприятных условий они дают начало новым клонам микроорганизмов.

Характер взаимоотношений живых организмов в природе: симбиоз, метабиоз, саттелизм, синергизм, антагонизм. Характер взаимоотношений микробов с организмом человека: сапрофиты, коменсалы, паразиты.

Симбиоз [от греч. symbiosis, совместное проживание] -- совместное длительное существование микроорганизмов в долгоживущих сообществах. Взаимоотношения, при которых микроорганизм располагается вне клеток хозяина (более крупного организма), известны как эктосимбиоз: при локализации внутри клеток -- как эндосимбиоз. Типичные эктосимбиотические микробы --Escherichiacoli, бактерии родов BacteroidesиBifidobacterium, Proteusvulgaris, а также другие представители кишечной микрофлоры. Как пример эндосимбиоза можно рассматривать плазмиды, обеспечивающие, например, резистентность бактерий к ЛС. Симбиотические отношения также разделяют по выгоде, получаемой каждым из партнёров.

Мутуализм [от лат. mutuus, взаимный] -- взаимовыгодные симбиотические отношения. Так, микроорганизмы вырабатывают БАВ, необходимые организму хозяина (например, витамины группы В). При этом обитающие в макроорганизмах эндо- и эктосимбионты защищены от неблагоприятных условий среды (высыхания и экстремальных температур) и имеют постоянный доступ к питательным веществам. Из всех видов мутуализма наиболее удивительно культивирование некоторых грибов насекомыми (жуками и термитами). С одной стороны, это способствует более широкому распространению грибов, с другой -- обеспечивает постоянный источник питательных веществ для личинок. Это напоминает выращивание человеком полезных растений и микроорганизмов.

Комменсализм -- разновидность симбиоза, при которой выгоду извлекает только один партнер (не принося «видимого» вреда другому); микроорганизмы, участвующие в таких взаимоотношениях, -- комменсалы [от лат. сот-, с, +mensa, стол; буквально -- сотрапезники. Микроорганизмы-комменсалы колонизируют кожные покровы и полости организма человека (например, ЖКТ), не причиняя «видимого» вреда; их совокупность -- нормальная микробная флора (естественная микрофлора). Типичные эктосимбиотические организмы-комменсалы -- кишечная палочка, бифидобактерии, стафилококки, лактобациллы. Многие бактерии-комменсалы принадлежат к условно-патогенной микрофлоре и способны при определённых обстоятельствах вызывать заболевания макроорганизма (например, при внесении их в кровоток во время медицинских манипуляций).

Антагонистический симбиоз -- симбиотические отношения, наносящие хозяину более или менее выраженный вред; его крайнее проявление -- паразитизм [от греч. para, при, + Ля, пища]. Если микроорганизмы-сапрофиты [от греч. sapros, гнилой, +phyton, растение] утилизируют мёртвые органические субстраты, то паразитические виды живут за счёт живых тканей растении или животных. Проникая в организм хозяина, они могут вызывать у него заболевание, поэтому их обозначают как патогенные микроорганизмы, паразитические микроорганизмы разделяют на внутри- и внеклеточные. Внутриклеточные паразиты - вирусы, риккетсии и хламидии. Внеклеточные паразиты -- большинство бактерий и простейши.

Факультативные паразиты. В зависимости от внешних условий некоторые микроорганизмы могут вести себя как паразиты, либо как сапрофиты. Поэтому их так и называют -- «факультативные паразиты. К ним относят большинство условно-патогенных бактерий. Облигатные паразиты полностью утратили собственные метаболические возможности и питается разрушая ткани хозяина.

Метабиоз

В ряде биотопов, особенно в почве, некоторые микроорганизмы утилизируют продукты жизнедеятельности других; например, нитрифицирующие бактерии используют аммиак, который образуют аммонифицирующие бактерии. Подобные взаимоотношения известны как метабиоз.

Сателлизм

Некоторые микроорганизмы способны выделять метаболиты, стимулирующие рост других микроорганизмов. Например, сарцины или стафилококки выделяют ростовые факторы, стимулирующие рост бактерий рода Haemophilus. Нередко совместный рост нескольких видов микробов активирует их физиологические свойства. Подобные взаимоотношения известны как сателлизм [от лат. safeties, сопровождающий].

Антагонизм

Ситуации, когда один микроорганизм угнетает развитие другого, известны как микробный антагонизм [от греч. antagonizmai, соперничество] и отражают сложившиеся эволюционно мы борьбы микроорганизмов за существование (то есть за источники питания и энергии). Антагонистические взаимоотношения особенно выражены в местах естественного обитания большого числа различных видов и типов микроорганизмов (например, в почве или ЖКТ), имеют одинаковые пищевые и энергетические потребности. При этом воздействие на конкурента может быть пассивным или активным. В первом случае микроорганизмы быстрее утилизирует субстрат, лишая соперника «сырьевых ресурсов»; во втором -- «объявляют войну до уничтожения». Формы истребления могут быть вариабельными -- от банального поглощен более мелких видов до выделения высокоспецифичных продуктов, токсичных для конкурента.

Метабиоз -- взаимоотношение микроорганизмов, при котором один из них использует для своей жизнедеятельности продукты жизнедеятельности другого. Метабиоз характерен для почвенных нитрифицирующих бактерий, использующих для своего метаболизма аммиак -- продукт жизнедеятельности аммонифицирующих почвенных бактерий.

Мутуализм -- взаимовыгодные взаимоотношения разных организмов. Примером мутуалистического симбиоза являются лишайники -- симбиоз гриба и сине-зеленой водоросли. Получая от клеток водоросли органические вещества, гриб, в свою очередь, поставляет им минеральные соли и защищает от высыхания.

Комменсализм (от лат. commensalis-- сотрапезник) -- сожительство особей разных видов, при котором выгоду из симбиоза екает один вид, не причиняя другому Комменсалами являются бактерии -- представители нормальной микрофлоры человека

Сателлитизм -- усиление роста одного вида микроорганизма под влиянием другого вида микроорганизма. Например, колонии дрожжей или сарцин, выделяя в питательную среду метаболиты, стимулируют рост вокруг них колоний других микроорганизмов. При совместном росте нескольких видов микроорганизмов могут активизироваться их физиологические функции и свойства, что приводит к более быстрому воздействию на субстрат.

Антагонистические взаимоотношения, или антагонистический симбиоз, выражаются в виде неблагоприятного воздействия одного вида микроорганизма на другой, приводящего к повреждению и даже гибели последнего. Микроорганизмы-антагонисты распространены в почве, воде и в организме человека и животных. Хорошо известна антагонистическая активность против посторонней и гнилостной микрофлоры представителей нормальной микрофлоры толстого кишечника человека -- бифидобактерий, лактобактерий, кишечной палочки и др.

Механизм антагонистических взаимоотношений разнообразен. Распространенной формой антагонизма является образование антибиотиков -- специфических продуктов обмена микроорганизмов, подавляющих развитие микроорганизмов других видов. Существуют и другие проявления антагонизма, например большая скорость размножения, продукция бактериоцинов, в частности колицинов, продукция органических кислот и других продуктов, изменяющих рН среды.

Антагонизм может развиваться в форме конкуренции в основном за источники питания: интенсивно развиваясь и истощая питательную среду, микроорганизм-антагонист подавляет рост других микроорганизмов. При хищничестве микроорганизм, например амеба кишечника, захватывает и переваривает бактерии кишечника. Наконец, такая форма антагонизма, когда микроорганизм использует другой организм как источник питания, называется паразитизмом. Примером паразитизма является взаимоотношение бактериофага и бактерии, а также взаимоотношение бделловибрионов (маленькие бактерии, паразиты обычных грамотрицательных бактерий).

Нормальная микрофлора тела человека: локализация, качественный и количественный состав.

Нормальная микрофлора человека - это совокупность множества микробиоценозов, характеризующихся определенными взаимосвязями и местом обитания, сопутствует своему хозяину на протяжении всей его жизни.

Нормальная микрофлора отдельных биотопов различна, но подчиняется ряду основных закономерностей:

* она достаточно стабильна;

* образует биопленку;

* представлена несколькими видами, среди которых выделяют доминантные виды и виды-наполнители;

* преобладающими являются анаэробные бактерии.

Нормальная микрофлора характеризуется анатомическими особенностями -- каждая экологическая ниша имеет свой видовой состав.

Некоторые биотопы стабильны по своему составу, а другие (транзиторная микрофлора) постоянно меняются в зависимости от внешних факторов.

Микроорганизмы, составляющие нормальную микрофлору, образуют четкую морфологическую структуру -- биопленку, толщина которой колеблется от 0, 1 до 0, 5 мм.

В состав нормальной микрофлоры входят как анаэробные, так и аэробные бактерии, соотношение которых в большинстве биоценозов составляет 10 : 1--100 : 1.

Заселение бактериями различных областей тела начинается в момент рождения человека и продолжается на протяжении всей его жизни.

Формирование качественного и количественного состава нормальной микрофлоры регулируется сложными антагонистическими и синергическими отношениями между отдельными ее представителями в составе биоценозов.

Состав транзиторной микрофлоры может меняться в зависимости:

* от возраста;

* условий внешней среды;

* условий труда, рациона питания;

* перенесенных заболеваний;

* травм и стрессовых ситуаций.

В составе нормальной микрофлоры различают:

* постоянную, или резидентную микрофлору, -- представлена относительно стабильным составом микроорганизмов, обычно обнаруживаемых в определенных местах тела человека у людей определенного возраста;

* транзиторную, или временную микрофлору, -- попадает на кожу или слизистые оболочки из окружающей среды, не вызывая заболеваний и не обитая постоянно на поверхностях тела человека. Она представлена сапрофитными условно-патогенными микроорганизмами, которые обитают на коже или слизистых оболочках в течение нескольких часов, дней или недель. Присутствие транзиторной микрофлоры определяется не только поступлением микроорганизмов из окружающей среды, но и состоянием иммунной системы организма хозяина и составом постоянной нормальной микрофлоры.

В норме многие ткани и органы здорового человека свободны от микроорганизмов, т. е. стерильны.

К ним относятся:

* внутренние органы;

* головной и спинной мозг;

* альвеолы легких;

* внутреннее и среднее ухо;

* кровь, лимфа, спинномозговая жидкость;

* матка, почки, мочеточники и моча в мочевом пузыре.

Это обеспечивается наличием неспецифических клеточных и гуморальных факторов иммунитета, препятствующих проникновению микробов в эти ткани и органы.

На всех открытых поверхностях и во всех открытых полостях формируется достаточно стойкая микрофлора, специфичная для данного органа, биотопа или его участка -- эпитопа.

Наиболее богаты микроорганизмами:

* ротовая полость;

* толстый кишечник;

* верхние отделы дыхательной системы;

* наружные отделы мочеполовой системы;

* кожа, особенно ее волосистая часть.

В составе резидентной микрофлоры кожи и слизистых оболочек

присутствуют:

* Staphylococcus epidermidis;

* Staphylococcus aureus;

* Micrococcus spp. ;

* Sarcina spp. ;

* коринеформныебактерии;

* Propionibacteriumspp.

В составе транзиторной:

* Streptococcusspp. ;

* Peptococcus spp. ;

* Bacillus subtilis;

* Escherichia coli;

* Enterobacter spp. ;

* Acinetobacter spp. ;

* Lactobacillis spp. ;

* Candidaalbicans и многие другие.

В нормальной микрофлоре глаза (конъюнктивы) доминирующими микроорганизмами на слизистых оболочках глаза являются следующие:

* дифтероиды (коринеформные бактерии);

* нейссерии;

* грамотрицательные бактерии, преимущественно рода Moraxella.

Нередко обнаруживаются:

* стафилококки;

* стрептококки;

* микоплазмы.

На количество и состав конъюнктивальной микрофлоры значительное влияние оказывает слезная жидкость, в которой содержится лизоцим, обладающий антибактериальной активностью.

Особенностью нормальной микрофлоры уха является то, что в среднем ухе в норме микробов не содержится, так как ушная сера обладает бактерицидными свойствами. Но они все же могут проникать в среднее ухо через евстахиеву трубу из глотки.

В наружном слуховом проходе могут находиться обитатели кожи:

* стафилококки;

* коринебактерии;

* реже встречаются бактерии рода Pseudomonas;

* грибы рода Candida.

Собственная микрофлора носа представлена:

* коринебактериями (дифтероидами);

* нейссериями;

* коагулазо-отрицательными стафилококками;

* альфа-гемолитическими стрептококками.

В качестве транзиторных видов могут присутствовать:

* Staphylococcusaureus;

* Escherihiacoli;

* бета-гемолитические стрептококки.

Микробиоценоз зева еще более разнообразен, поскольку здесь смешивается микрофлора полости рта и воздухоносных путей.

Представителями резидентной микрофлоры считаются:

* нейссерии;

* дифтероиды;

* альфа-гемолитические;

* гамма-гемолитические стрептококки;

* энтерококки;

* микоплазмы;

* коагулазо-отрицательные стафилококки;

* моракселлы;

* бактероиды;

* боррелии;

* трепонемы;

* актиномицеты.

В верхних дыхательных путях преобладают:

* стрептококки;

* нейссерии;

встречаются:

* стафилококки;

* дифтероиды;

* гемофильные бактерии;

* пневмококки;

* микоплазмы;

* бактероиды.

Представителей нормальной микрофлоры полости рта может разделить на 3 категории:

количество бактерий, измеряемое в 105--108 КОЕ/мл -- стрептококки, нейссерии, вейлонеллы;

103--104 КОЕ/мл -- стафилококки, лактобактерии, нитевидны бактерии;

10--102 КОЕ/мл -- дрожжеподобные грибы.

В составе оральной микрофлоры основная масса представлена:

*гетерогенной группой грамположительных кокков -- зеленящих (альфа-гемолитических) стрептококков;

*пептококками, вейлонеллами и коринебактериями, нейссериями (3--5% от общего количества), лактобациллами (1%).

Стрептококки с вейлонеллами составляют также большую часть флоры слюны, в которую они попадают главным образом со спинки языка.

Постоянство качественного состава микрофлоры поддерживается физиологическими процессами, обеспечивающими нормальное функциональное состояние слизистой оболочки и слюнных желез, а также взаимодействием микробных видов.

Непосредственное регулирующее влияние на состав микрофлоры оказывают фагоциты (нейтрофилы) слюны и растворенные в слюне вещества, многие из которых являются продуктами жизнедеятельности самих микроорганизмов (микробные ферменты и витамины, продукты расщепления питательного субстрата и распада микробных клеток).

К образуемым клетками организма антибактериальным факторам слюны относятся лейкины, иммуноглобулины и некоторые ферменты. Наиболее выраженным антибактериальным действием обладает лизоцим.

2. На протяжении остальной части желудочно-кишечного тракта выделяют несколько биотопов, существенно отличающихся по составу микробиоценоза, что связано с различными морфологическими, функциональными и биохимическими особенностями соответствующих его отделов.

У здоровых людей микрофлора пищевода достаточно скудная, состоит из микроорганизмов, поступающих со слюной и пищей.

В проксимальной его части можно обнаружить бактерии, типичные для микрофлоры полости рта и глотки, в дистальных отделах -- стафилококки, дифтероиды, молочнокислые бактерии.

1. В желудке кислая реакция среды (действие соляной кислоты) и наличие лизоцима, различных ферментов желудочного сока способствуют резкому снижению содержания микроорганизмов до 103--104 КОЕ/мл содержимого. Видовой состав представлен:

лактобактериями;

бифидобактериями;

бактероидами;

стрептококками;

дрожжеподобными грибами.

Гипохлоргидрия (пониженная кислотность) или закупорка привратника способствуют размножению грамположительных факультативно-анаэробных кокков и грамположительных анаэробных палочек (лактобацилл).

2. По мере того как реакция содержимого кишечника становится более щелочной, в начальных отделах кишечника -- двенадцатиперстной кишке и тонкой кишке -- постепенно увеличивается количество постоянной микрофлоры, но все микроорганизмы присутствуют сравнительно в небольших количествах -- 104-- 105 КОЕ/мл содержимого. Это связано с целым рядом неблагоприятных для них факторов:

действием соляной кислоты, желчи и ферментов;

присутствием богатого фагоцитирующими нейтрофилами лимфатического аппарата,

действием секреторных иммуноглобулинов слизистой оболочки кишечника

кишечной перистальтикой, обеспечивающей быстрое удаление микроорганизмов.

Микрофлора представлена в основном: молочнокислыми бактериями (лактобактериями); бифидобактериями; бактероидами; энтерококками;

в дистальных отделах тонкого кишечника появляются фекальные микроорганизмы, характерные для толстой кишки. По мере продвижения к Остальному отделу толстого кишечника действие бактерицидных и бактериостатических факторов ослабевает, и у входа в толстый кишечник для бактерий благоприятные условия -- определенные рН и температура, много питательных субстратов, что способствует интенсивному размножению бактерий.

Из-за слабощелочной реакции рН в этих отделах кишечника и наличия большого количества продуктов распада углеводов и белков постоянная нормальная микрофлора толстого кишечника у взрослых занимает первое место по численности (1011-- 1012 КОЕ/г фекалий) и многообразию (более 100 различных видов микроорганизмов постоянно).

В связи с анаэробными условиями у здорового человека в составенормальной микрофлоры в толстом кишечнике преобладают(96--98%) анаэробные бактерии:

-бактероиды (особенно Bacteroidesfragilis);

-анаэробные молочнокислые бактерии (например, Bifidumbacterium);

-клостридии (Clostridiumperfringens);

-анаэробные стрептококки;

-фузобактерии;

-эубактерии;

-вейлонеллы.

И только 14% микрофлоры составляют аэробные и факультативно-анаэробные микроорганизмы:

грамотрицательные полиформные бактерии (прежде всего кишечная палочка);

энтерококки;

в небольшом количестве:

- стафилококки;

- протеи;

-псевдомонады;

-лактобациллы;

-грибы рода Candida;

-отдельные виды спирохет, микобактерий, микоплазм, простейших и вирусов.

Всегда необходимо помнить, что при диареях количество бактерий в значительной степени снижается, тогда как при кишечном стазе их содержание увеличивается.

1. В наружной части уретры как у мужчин, так и у женщин находятся в небольшом количестве в основном те же микроорганизмы, которые обнаруживаются на коже и в промежности, они представлены:

коринебактериями;

микобактериями;

грамотрицательными бактериями фекального происхождения;

неспорообразующими анаэробами (пептококки, пептострептококки, бактероиды).

Эти микроорганизмы обычно выявляются в нормальной моче в количестве 102--104 КОЕ/мл.

На наружных половых органах мужчин и женщин локализуются микобактерий смегмы (Mycobacteriumsmegmatis), морфологически сходные с микобактериями туберкулеза. Они обнаруживаются в секрете сальных желез, находящихся на головке полового члена у мужчин и малых половых губ у женщин.

Кроме того, здесь встречаются стафилококки, микоплазмы и сапрофитные трепонемы, морфологически сходные с возбудителем сифилиса.

Необходимо отметить, что качественный и особенно количественный состав микрофлоры наружных отделов мочеполовой системы у разных людей варьирует в достаточно широких пределах.

Для наружных половых органов мужчин характерна добавочная микрофлора:

стафилококки;

коринебактерии;

микоплазмы;

энтеробактерии;

из анаэробов -- бактероиды, фузобактерии, анаэробные кокки. В настоящее время установлено, что нормальный бактериальный пейзаж уретры взрослого человека (мужчины) составляют:

стафилококки;

дифтероиды;

диплококки и палочки;

анаэробы (пептококки, бактероиды, энтеробактерии, клостридии);

дифтероиды.

Основная масса аэробных бактерий обитает в области ладьевидной ямки.

Бактериальное обсеменение уменьшается по мере продвижения вглубь мочеиспускательного канала.

Задняя уретра и предстательная железа обычно в норме стерильны.

2. Маточные трубы, яичники и полость матки в норме стерильны, поскольку цервикальная слизь содержит лизоцим и обладает антибактериальной активностью. Тем не менее в цервикальном канале могут быть обнаружены различные микроорганизмы, количество которых меньше, чем во влагалище.

Половые пути женщины представлены совокупностью микроучастков нескольких гистотипов. Это участки:

плоского вагинального эпителия;

цилиндрического эпителия шейки матки;

уникальная область цервикальных желез.

Они характеризуются определенными биохимическими и физиологическими особенностями. Поэтому каждому из них присуща своя, несколько отличная от других популяция микроорганизмов.

Микробами заселены лишь нижние отделы мочеполового тракта:

наружные половые органы;

влагалище;

цервикальный канал.

Видовой состав микрофлоры женских половых органов, как и других эпитопов, относительно стабилен. Определенные различия обусловлены:

возрастом;

беременностью;

фазой менструального цикла.

Микрофлора влагалища находится в прямой зависимости от возраста и гормонального статуса женского организма. Она начинает формироваться через 12--14 ч после рождения ребенка -- во влагалищном содержимом появляются молочнокислые бактерии -- аэробные лактобациллы (палочка Дедерлейна), полученные от матери при родах, которые обитают здесь до тех пор, пока реакция среды остается кислой или слабощелочной (несколько недель).

Когда она становится нейтральной (рН среды равна 7, 6), что сохраняется до полового созревания, в микробиоценоз влагалища включается и развивается смешанная флора -- анаэробы, энтерококки, стрептококки, стафилококки, коринебактерии. С наступлением половой зрелости под влиянием эстрогенов вагинальный эпителий увеличивается и в нем сильно возрастает уровень гликогена.

Гликоген -- идеальный субстрат для лактобактерий, в связи с этим происходят изменения микробиоценоза влагалища, которые характеризуются преобладанием лактобацилл. В результате образования лактобациллами кислоты из углеводов, в том числе из гликогена, происходит понижение рН влагалищного секрета до 4, 0-4, 2--4, 5.

На протяжении всего детородного периода лактобациллы обеспечивают поддержание кислой реакции среды на этом уровне. Это важный механизм в предупреждении колонизации влагалища другими, потенциально патогенными микроорганизмами.

3. У здоровых женщин детородного возраста общее количество микроорганизмов в вагинальном отделяемом составляет 6--8 х104 КОЕ/мл.

В зависимости от состава микрофлоры различают следующие степени чистоты влагалища здоровых женщин:

1-я степень: реакция среды кислая, большое количество палочек Дедерлейна (лактобациллы), других видов микроорганизмов почти нет;

2-я степень: реакция среды слабокислая, палочек Дедерлейна мало, в микробиоценозе появляется кокковая флора -- стрептококки, стафилококки, обнаруживаются единичные лейкоциты;

3-я степень: реакция среды нейтральная или слабощелочная, единичные палочки Дедерлейна, кокки превалируют, лейкоцитов -- до 40 в поле зрения;

4-я степень: реакция щелочная, палочек Дедерлейна нет вообще, большое количество кокков, могут быть другие виды микроорганизмов -- энтеробактерии, бактероиды, лейкоциты в огромном количестве.

3-я и 4-я степени чистоты влагалища женщины свидетельствуют о наличии воспалительного процесса урогенитального тракта.

После наступления менопаузы снижается продукция эстрогенов, рН поднимается до 6, 0, вагинальный эпителий становится тоньше -- количество лактобацилл вновь уменьшается, появляется смешанная микрофлора. В состав нормальной влагалищной микрофлоры в этот период обычно входят:

клостридии;

анаэробные стрептококки (пептострептококки);

стафилококки;

аэробные гемолитические стрептококки группы В;

колиформные бактерии;

дифтероиды;

иногда листерии.

Виды нормальной микрофлоры:

1) резидентная - постоянная, характерная для данного вида;

2) транзиторная - временно попавшая, нехарактерная для данного биотопа; она активно не размножается.

Нормальная микрофлора формируется с рождения. На ее формирование оказывают влияние микрофлора матери и внутрибольничной среды, характер вскармливания.

Факторы, влияющие на состояние нормальной микрофлоры.

1. Эндогенные:

1) секреторная функция организма;

2) гормональный фон;

3) кислотно-основное состояние.

2. Экзогенные условия жизни (климатические, бытовые, экологические).

Микробное обсеменение характерно для всех систем, имеющих контакты с окружающей средой. В организме человека стерильными являются кровь, ликвор, суставная жидкость, плевральная жидкость, лимфа грудного протока, внутренние органы: сердце, мозг, паренхима печени, почек, селезенки, матка, мочевой пузырь, альвеолы легких.

Нормальная микрофлора выстилает слизистые оболочки в виде биопленки. Этот полисахаридный каркас состоит из полисахаридов микробных клеток и муцина. В нем находятся микроколонии клеток нормальной микрофлоры. Толщина биопленки - 0, 1-0, 5 мм. В ней содержится от нескольких сотен до нескольких тысяч микроколоний.

Формирование биопленки для бактерий создает дополнительную защиту. Внутри биопленки бактерии более устойчивы к действию химических и физических факторов.

Этапы формирования нормальной микрофлоры желудочно-кишечного тракта (ЖКТ):

1) случайное обсеменение слизистой. В ЖКТ попадают лактобациллы, клостридии, бифидобактерии, микрококки, стафилококки, энтерококки, кишечная палочка и др. ;

2) формирование сети из ленточных бактерий на поверхности ворсинок. На ней фиксируются в основном палочковидные бактерии, постоянно идет процесс формирования биопленки.

Нормальная микрофлора рассматривается как самостоятельный экстракорпоральный орган с определенной анатомической структурой и функциями.

Наибольшей обсемененностью характеризуются:

1) толстый кишечник;

2) ротовая полость;

3) мочевыделительная система;

4) верхние дыхательные пути;

5) кожа.

47. Физиологическая и патогенетическая роль нормальной микрофлоры тела человека.

Функции нормальной микрофлоры:

1) участие во всех видах обмена;

2) детоксикация в отношении экзо- и эндопродуктов, трансформация и выделение лекарственных веществ;

3) участие в синтезе витаминов (группы В, Е, Н, К);

4) защита:

а) антагонистическая (связана с продукцией бактериоцинов);

б) колонизационная резистентность слизистых оболочек;

5) иммуногенная функция.

48. Понятие о внутрибольничных инфекциях. Основные возбудители внутрибольничных инфекций и пути их распространения в стационаре.

...