Медицинская микробиология

Размещено на http://www.allbest.ru/

1

Медицинская микробиология

бактерия микроорганизм иммунология



1.Медицинская микробиология. Предмет, задачи, методы, связь с другими науками. Значение медицинской микробиологии в практической деятельности врача

Микроорганизмы являются возбудителями инфекционных болезней, которые часто встречаются в практике врача. Для того чтобы правильно поставить диагноз инфекционного заболевания, необходимо хорошо знать морфологию микробов, их основные формы, уметь различать их под микроскопом. Каждый врач должен владеть методом микроскопии, для чего необходимо знать устройство микроскопа и правила работы с ним.

Медицинская микробиология изучает патогенные и условно патогенные для человека микроорганизмы, их экологию и распространение, методы их выявления и индефикации, а так же вопросы эпидемиалогии, специфической терапии, и профилактики вызываемых ими забовеваний.

МИКРОБИОЛОГИЯ (греч.mikros -- малый, лат.bios -- жизнь) -- наука, предметом изучения которой являются микроскопические существа, названные микроорганизмами, или микробами, их биологические признаки, систематика, экология, взаимоотношения с другими организмами, населяющими нашу планету, - животными, растениями и человеком.

МИКРОБИОЛОГИЯ -- наука, которая изучает микробы во всем многообразии их отношений с организмом человека.

В процессе развития микробиологии были разработаны оригинальные методы исследования, многие заимствованы из других дисциплин -- биофизики, биохимии, генетики, цитологии и т.д.

За всю историю своего развития перед микробиологией так же, как и другими естественными науками, стояли определенные цели и задачи, успешное развитие которых способствовало научному и общественному прогрессу всего человечества. Это в свою очередь стимулировало развитие специализированных РАЗДЕЛОВ микробиологии.

Так сформировались общая, техническая, с\х, ветеринарная, медицинская, санитарная, морская, космическая микробиология.

ОБЩАЯ микробиология изучает наиболее общие закономерности, свойственные каждой группе перечисленных микроорганизмов: структуру, метаболизм, генетику, экологию и т.д.

Основной задачей ТЕХНИЧЕСКОЙ (промышленной) микробиологии является разработка биотехнологии синтеза микроорганизмами биологически активных веществ: белков, витаминов, ферметов, спиртов, органических кислот, антибиотиков и др.

СЕЛЬСКО ХОЗЯЙСТВЕННАЯ микробиология занимается изучением микроорганизмов, которые участвуют в круговороте веществ, используются для изготовления удобрений, вызывают заболевания растений, и другими проблемами.

ВЕТЕРИНАРНАЯ микробиоллгия изучает возбудителей заболеваний животных, разрабатывает методы их биологической диагностики, спецйифической профилактики и этиотропного лечения, направленного на уничтожение микробов-возбудителей в организме больного животного.

Предметом изучения МЕДИЦИНСКОЙ микробиологии являются болезнетворные (патогенные) и условно-патогенные для человека микроорганизмы, а также разработка методов микробиологической диагностики, специфической профилактики и этиотропного лечения вызываемых ими инфекционных заболеваний.

Однако с медицинской микробиологией сформировалась иммунология, которая занимается изучением специфических механизмов защиты организмов людей и животных от болезнетворных микроорганизмов и другими проблемами. Предметом изучения САНИТАРНОЙ микробиологии, тесно связанной с медицинской и ветеринарной микрбиологией, является санитарно-микробиологическое состояние объектов окружающей среды, пищевых продуктов и напитков.



2. Основные этапы развития микробиологии и иммунологии. Работы Л.Пастера, Р.Коха и их значение для развития микробиологии и иммунологии. Роль отечественных ученых (Н.Ф. Гамалея, П.Ф. Здродовский, Д.И. Ивановский, А.А. Смородинцев, М.П. Чумаков, З.В. Ермольева, В.М. Жданов и др.) в развитии микробиологии и вирусологии.Историю развития микробиологии можно разделить на пять этапов: эвристический, морфологический, физиологический, иммунологический и молекулярно-генетический.

Пастер сделал ряд выдающихся открытий. За короткий период с 1857 по 1885 г. он:

1. доказал, что брожение (молочнокислое, спиртовое, уксуснокислое) не является химическим процессом, а его вызывают микроорганизмы;

2. опроверг теорию самозарождения;

3. открыл явление анаэробиоза, т.е. возможность жизни микроорганизмов в отсутствие кислорода;

4. заложил основы дезинфекции, асептики и антисептики;

5. открыл способ предохранения от инфекционных болезней с помощью вакцинации.

Многие открытия Л. Пастера принесли человечеству огромную практическую пользу. Путем прогревания (пастеризации) были побеждены болезни пива и вина, молочнокислых продуктов, вызываемые микроорганизмами; для предупреждения гнойных осложнений ран введена антисептика; на основе принципов Л. Пастера разработаны многие вакцины для борьбы с инфекционными болезнями.

Однако значение трудов Л. Пастера выходит далеко за рамки только этих практических достижений. Л. Пастер вывел микробиологию и иммунологию на принципиально новые позиции, показал роль микроорганизмов в жизни людей, экономике, промышленности, инфекционной патологии, заложил принципы, по которым развиваются микробиология и иммунология и в наше время.

Л. Пастер был, кроме того, выдающимся учителем и организатором науки.

Работы Л. Пастера по вакцинации открыли новый этап в развитии микробиологии, по праву получивший названиеиммунологического.

Принцип аттенуации (ослабления) микроорганизмов с помощью пассажей через восприимчивое животное или при выдерживании микроорганизмов в неблагоприятных условиях (температура, высушивание) позволил Л. Пастеру получить вакцины против бешенства, сибирской язвы, куриной холеры; этот принцип до настоящего времени используется при приготовлении вакцин. Следовательно, Л. Пастер является основоположником научной иммунологии, хотя и до него был известен метод предупреждения оспы путем заражения людей коровьей оспой, разработанный английским врачом Э. Дженнером. Однако этот метод не был распространен на профилактику других болезней.

Роберт Кох. Физиологический период в развитии микробиологии связан также с именем немецкого ученого Роберта Коха, которому принадлежит разработка методов получения чистых культур бактерий, окраски бактерий при микроскопии, микрофотографии. Известна также сформулированная Р. Кохом триада Коха, которой до сих пор пользуются при установлении возбудителя болезни.

После работ Л. Пастера появилось множество исследований, в которых пытались объяснить причины и механизмы формирования иммунитета после вакцинации. Выдающуюся роль в этом сыграли работы И. И. Мечникова и П. Эрлиха.

Исследования И. И. Мечникова (1845--1916) показали, что большую роль в формировании иммунитета играют особые клетки -- макро- и микрофаги. Эти клетки поглощают и переваривают чужеродные частицы, в том числе бактерии. Исследования И. И. Мечникова по фагоцитозу убедительно доказали, что, помимо гуморального, существует клеточный иммунитет. И. И. Мечников, ближайший помощник и последователь Л. Пастера, заслуженно считается одним из основоположников иммунологии. Его работы положили начало изучению иммунокомпетентных клеток как морфологической основы иммунной системы, ее единства и биологической сущности.

Д.И.Ивановский (1864-- 1920) открыл вирусы -- представителей царства vira. Один из основоположников вирусологии. Впервые открыл проходящий через бактериологические фильтры возбудитель табачной мозаики, названный впоследствии вирусом. Труды по фитопатологии и физиологии растений.

Гамалея - выдающийся микробиолог. Вместе с И. И. Мечниковым в 1886 году организовал в Одессе первую в России бактериологическую станцию. Автор многих работ по микробиологии и иммунологии (по профилактике холеры, чумы, оспы, паразитарных тифов, бешенства). Открыл бактериолизины, возбудители холеры птиц. Обосновал значение дезинсекции для ликвидации сыпного и возвратного тифов. В 1888 году ученый издал книгу "О прививках против сибирской язвы".Здровский (1890-1976 года), российский микробиолог, иммунолог и эпидемиолог, академик АМН. Исследования по проблемам тропических болезней, бруцеллеза и др. Под руководством Здродовского разработаны методы вакцинации против столбняка, дифтерии и др. инфекций. Автор книги "Учение о риккетсиях и риккетсиозах".

Смородинцев, российский вирусолог и иммунолог. Труды по этиологии и профилактике гриппа, энцефалитов и др. вирусных инфекций. Совместно с М. П.

Чумаковым разработал и внедрил вакцину против полиомиелита.

Ермольева, российский микробиолог. Получила первые отечественные образцы антибиотиков - пенициллина, стрептомицина и др.; интерферона.

Жданов, российский вирусолог. Труды по вирусным инфекциям, молекулярной биологии и классификации вирусов, эволюции инфекционных болезней.

3. Микроорганизмы и их положение в системе живого мира. Номенклатура бактерий. Принципы классификации.

Принципы таксономии и номенклатуры микроорганизмов

Живые организмы (микроорганизмы) Прокариоты: Эубактерии

1. Грациликуты (тонкая клеточная стенка)

2. Фирмикуты (толстая клеточная стенка)

3. Тенерикуты (нет клеточной стенки)

Спирохеты, риккетсии, хламидии, микоплазмы, актиномицеты.

Архебактерии

4. Мендосикуты

Эукариоты: Животные Растения Грибы Простейшие

Неклеточные формы жизни: Вирусы Прионы Плазмиды

Таксономия Это наука, систематизирующая микроорганизмы

Вид - род - (триба) - семейством - порядок - класс - отдел - царство

Основной таксономической единицей является вид

Вид - это совокупность происходящих от одного предка, скрещивающихся популяций, обладающих общим генофондом и репродуктивной изоляцией. Классификация бактерий с учетом особенности клеточной стенки (по Д. Берджини) Д. Берджини предложил классифицировать бактерии прокариоты на 4 отдела:

1 группа: бактерии с тонкой клеточной стенкой, т.е. Гр- - Грациликуты;

2 группа: бактерии с толстой стенкой, т.е. Гр+ - Фирмикуты;

3 группа: бактерии, лишенные клеточные стенки - Тенерикуты;

4 группа: бактерии с дефектной клеточной стенкой (патогенных нет) - Мендозикуты - арибактерии.

Дифференциальные признаки микроорганизмов:

1. Морфологические (форма, размер) и тинкториальные свойства (способность воспринимать анилиновые красители);

2. Физиологическая активность;

3. Антигенная специфичность;

4. Биохимическая активность;

5. Генетическое родство;

6. Чувствительность к бактериофагам (?).

Морфология бактерий

По форме бактерии подразделяются на:

· Шаровидные (кокки) среди них различают - менингококки, пневмококки, гонококки, стафилококки, стрептококки, вейлонеллы;

· Палочковидные микроорганизмы - энтеробактерии, риккетсии, бациллы, клостридии, коринебактерии, микобактерии;

· Извитые микроорганизмы - вибрионы, спириллы, кампилобактерии, спирохеты (боррелии, лептоспиры, трепонемы).

Отношение к молекулярному кислороду: - строгие аэробы - строгие анаэробы - факультативные анаэробы

4. Структура бактериальной клетки. Основные отличия прокариотов и эукариотов. Функции отдельных структурных элементов бактериальной клетки. Особенности химического состава клеточных стенок грамположительных и грамотрицательных бактерий.

Компоненты клеток	Прокариот	Эукариот
Постоянные	Нуклеоид (подобие ядра)	Ядро
	Клеточная стенка	Клеточная оболочка
	Цитоплазма	ЦИтоплазма
	Рибосома 70S	Рибосома 80S
	Мезосомы	Митохондрии
	ЦПМ (цитоплазматическая мембрана)	ЦПМ
		Аппарат ЭПС
		Центриоли
Непостоянные	Жгутики	Вакуоли
	Пили (ворсинки)	Жгутики
	Плазмиды (внехромосомные )	Включения
	Капсула
	Споры
	Включения

Ханс Христиан Грам (1853 - 1939 гг.). Предложил метод окаршивания бактерий. Окраска по Граму делит бактерии на основе структуры их клеточной стенки на две группы: Гр+ прочно удерживают аналиновые красители, не обсцвечиватся при обработке спиртом, окрашиваются в синий цвет. Гр- обесцвечиваются спиртом и поэтому дополнительно докрашиваются фуксином (красный цвет).

Гр+бактерии имеют толстую клеточную стенку, которая состоит из 5-6 слоев пептидогликана, связаных с тейхоевыми и липотейхоевыми кислотами, которые берут своё начало от ЦПМ (цитоплазматическая мембрана).

Гр- бактерии имеют тонкую клеточную стенку, в ней выделяют два слоя. 1-ый слой пластичный предсавлен липополисахаридами, фосфолипидами, белками; 2-ой слой ригидный образован 1-2 слоями пептидогликана. Синоним - эндотоксин.

Цитоплазматическая мембрана (ЦПМ)

Это обязательная структура клетки, представляющая собой белково-липидный комплекс, нарушение ее приводит к гибели.Составляет 8-15% сухих веществ клетки.Содержание белка 50-75%Липидов 15-45%Толщина 7,5-8нм

Главный липидный компонент - фосфолипиды, набор которых родо- и видо - специфичен. Функции липидов - поддержание механической стабильности мембраны и придание ей гидрофобных свойств. Мембранные белки это в основном ферменты.

Структура ЦПМ для растительных, животных и микробных клеток сходна. Два слоя белков и между ними двойной фосфолипидный слой.

Консистенция мембраны пластичная, почти жидкая, прочная связь с КС отсутствует. ЦПМ - это важный центр метаболитической активности. Она ответственна за поступление питательных веществ в клетку и вывод продуктов обмена. ЦПМ прокариот может впячиваться (инвагинировать) образуя мезосомы - это энергетические депо клетки, где происходит синтез АТФ.
Цитоплазма - внутренние содержимое клетки. Содержание цитоплазмы определяет тургор, который характеризуется осмотическим давлением (ОД). В норме ОД клетки эквивалентно давлению раствора сахарозы с массовой долей 10-20%. Если соотношение ОД клетки и среды нарушается, клетка может погибнуть.

Генетический аппарат у бактерий - нуклеоид (генофор) - молекула ДНК (бактериальная хромосома) сильно спирализованная, замкнутая в кольцо. Каких-либо оболочек отделяющих содержимое цитоплазмы от ядра нет. Упрокариот могут быть внехромосомные молекулы ДНК - плазмиды. Они более короткие, необязательные структуры, могут утрачиваться или приобретаться при делении.

Жгутик на 98% состоит из белка - флагеллина. Крепится с помощью «крюка» к базальному тельцу, которое располагается в клетке на уровне КС и ЦПМ. Вращательное движение жгутика способствует перемещению бактерий (3000 об/мин).

Расположение жгутиков: 1.монотрихальное расположение (1 жгутик)2.политрихальное расположение (несколько жгутиков), может быть лофотрихальное, амфитрихальное, перитрихальное.

Споры - своеобразная форма покоящихся бактерий с грамположительным типом строения клеточной стенки.Спорообразование - это способ сохранения вида (генофора) во внешней среде при неблагоприятных условиях, а не способ размножения. Споры образуются при неблагоприятных условиях существования бактерий (высушивание, дефицит питательных веществ и др.). Внутри бактериальной клетки образуется одна спора (эндоспора). Расположение в клетке: терминальное (у возбудителя столбняка), субтерминальное (ботулизм, газовая гангрена), центральное (сибиреязвенная бацилла)

Рибосомы бактерий имеют размер около 20 нм и коэффициент седиментации 70S, в отличие от 80S-рибосом, характерных для эукариотических клеток. Поэтому некоторые антибиотики, связываясь с рибосомами бактерий, подавляют синтез бактериального белка, не влияя на синтез белка эукариотических клеток

Капсула -- слизистая структура толщиной более 0,2 мкм, прочно связанная с клеточной стенкой бактерий и имеющая четко очерченные внешние границы. Капсула различима в мазках-отпечатках из патологи-ческого материала. В чистых культурах бактерий капсула образуется реже. Капсула состоит из полисахаридов (экзополисахаридов), иногда -- из полипептидов; например, у сибиреязвенной бациллы она состоит из полимеров D-глутаминовой кислоты. Капсула гидрофильна, препятствует фагоцитозу бактерий. Капсула антигенна: антитела против капсулы вызывают ее увеличение (реакция набухания капсулы). Многие бактерии образуют микрокапсулу -- слизистое образование толщиной менее 0,2 мкм, выявляемое лишь при электронной микроскопии. Функции. 1. В организме предохраняет бактерии от фагоцитоза и действия антител.2. Во внешней среде предохраняет бактерии от высыхания.

Пили (pili), синонимы: ворсинки, фимбрии, - тонкие полые нити белковой природы, покрывающие поверхность бактериальных клеток. В отличие от жгутиков не выполняют двигательную функцию. Пили отходят от поверхности клетки и состоят из белка пилина. По своему функциональному назначению подразделяются на 2 типа.1) Пили первого типа имеются у большинства бактерий, поэтому они получили название "ворсинки общего типа" (common pili). Обусловливают прикрепление или адгезию бактерий к определенным клеткам организма хозяина. Адгезия является первоначальной стадией любого инфекционного процесса.

2) Пили второго типа (синонимы: конъюгативные, или половые - sex pili) имеются только у бактерий-доноров, имеющих специальную плазмиду. Их количество невелико - 1-4 на клетку.

Половые пили выполняют следующие функции:

1. Участвуют в передаче генетического материала от одной клетки к другой при конъюгации бактерий.

2. На них адсорбируются специфические вирусы бактерий - бактериофаги.

5. Основные методы изучения морфологии бактерий. Бактериоскопический метод. Методы окраски микробов и их отдельных структур. Методы микроскопии (люминесцентная, темнопольная, фазово-контрастная, электронная)

Методы микроскопии (люминесцентная, темнопольная, фазово-контрастная, электронная).

Люминесцентная (или флюоресцентная) микроскопия. Основана на явлении фотолюминесценции.

Люминесценция -- свечение веществ, возникающее после воздействия на них каких-либо источников энергии: световых, электронных лучей, ионизирующего излучения. Фотолюминесценция -- люминесценция объекта под влиянием света. Если освещать люминесцирующий объект синим светом, то он испускает лучи красного, оранжевого, желтого или зеленого цвета. В результате возникает цветное изображение объекта.

Темнопольная микроскопия. Микроскопия в темном поле зрения основана на явлении дифракции света при сильном боковом освещении взвешенных в жидкости мельчайших частиц (эффект Тиндаля). Эффект достигается с помощью параболоид- или кардиоидконденсора, которые заменяют обычный конденсор в биологическом микроскопе .

Фазово-контрастная микроскопия. Фазово-контрастное приспособление дает возможность увидеть в микроскоп прозрачные объекты. Они приобретают высокую контрастность изображения, которая может быть позитивной или негативной. Позитивным фазовым контрастом называют темное изображение объекта в светлом поле зрения, негативным -- светлое изображение объекта на темном фоне.

Для фазово-контрастной микроскопии используют обычный микроскоп и дополнительное фазово-контрастное устройство, а также специальные осветители.

Электронная микроскопия. Позволяет наблюдать объекты, размеры которых лежат за пределами разрешающей способности светового микроскопа (0,2 мкм). Электронный микроскоп применяется для изучения вирусов, тонкого строения различных микроорганизмов, макромолекулярных структур и других субмикроскопических объектов.

Простые и сложные методы окраски микробов Бактериоскопический метод исследования предусматривает изучение микроорганизмов в живом или фиксированном и окрашенном состоянии. Для изучения микроорганизмов в живом состоянии используют метод раздавленной капли и метод висячей капли. Наиболее часто применяют микроскопию бактерий в фиксированном и окрашенном состоянии. Для приготовления фиксированного и окрашенного препарата на обезжиренное предметное стекло наносят каплю воды или изотонического раствора хлорида натрия, в которую петлей вносят исследуемый материал и распределяют его таким образом, чтобы получить тонкий и равномерный мазок диаметром около 1-1,5 см. Если исследуют жидкий материал, то его непосредственно петлей наносят на предметное стекло и готовят мазок. Мазки высушивают на воздухе. Для фиксации используют физические и химические методы. Для фиксации мазка физическим методом предметное стекло медленно проводят 3 раза через пламя горелки. Мазки крови, мазки-отпечатки органов и тканей фиксируют химическим методом путем погружения их на 5-20 минут в метиловый или этиловый спирт и другие фиксирующие жидкости. Для окрашивания микробов используют простые и сложные методы. При простом методе фиксированный мазок окрашивают каким-либо одним красителем, например, водным раствором фуксина (1-2 минуты) или метиленовым синим (3-5 минут), промывают водой, высушивают и микроскопируют. Сложные методы окрашивания включают использование нескольких красителей. Это позволяет выявить определенные структуры клеток и дифференцировать одни виды микроорганизмов от других. Окраска по Граму: 1. На фиксированный мазок наносят карболово-спиртовый раствор генцианового фиолетового через полоску фильтровальной бумаги. Через 2-3 минуты ее снимают, а краситель сливают. 2. Наносят раствор Люголя на 1-2 минуты. 3. Обесцвечивают препарат этиловым спиртом в течение 30-60 секунд до прекращения отхождения фиолетовых струек красителя. 4. Промывают препарат водой. 5. Докрашивают мазок водным раствором фуксина в течение 1-2 минут, промывают водой, высушивают и микроскопируют. Грамположительные бактерии окрашиваются в фиолетовый цвет, грамотрицательные - в красный цвет. При окраске по методу Грама в модификации Синева на первом этапе используют фильтровальные бумажки, пропитанные генциановым или кристаллическим фиолетовым. Для этого полоски бумаги пропитывают 1% раствором красителя и высушивают. На фиксированный мазок помещают пропитанную красителем бумажку, заливают небольшим количеством воды и выдерживают в течение 2 минут. После этого бумажку удаляют пинцетом, сливают краску и, не промывая препарат водой, наносят раствор Люголя. Последующее окрашивание проводят общепринятым методом. Распределение микроорганизмов в зависимости от окраски по Граму: 1. Грамположительные бактерии: - кокки (за исключением гонококков и менингококков); - бациллы и клостридии (спорообразующие палочки); - микобактерии, коринебактерии и листерии. 2. Грамотрицательные бактерии: - некоторые кокки (гонококки и менингококки); - все остальные палочковидные бактерии; - все извитые формы (вибрионы, спириллы, спирохеты).

6. Рост и размножение бактерий. Фазы размножения

Жизнедеятельность бактерий характеризуется ростом -- формированием структурно-функциональных компонентов клетки и увеличением самой бактериальной клетки, а также размножением -- самовоспроизведением, приводящим к увеличению количества бактериальных клеток в популяции.

Бактерии размножаются путем бинарного деления пополам, реже путем почкования. Актиномицеты, как и грибы, могут размножаться спорами. Актиномицеты, являясь ветвящимися бактериями, размножаются путем фрагментации нитевидных клеток. Грамположительные бактерии делятся путем врастания синтезирующихся перегородок деления внутрь клетки, а грамотрицательные -- путем перетяжки, в результате образования гантелевидных фигур, из которых образуются две одинаковые клетки.

Делению клеток предшествует репликация бактериальной хромосомы по полуконсервативному типу (двуспиральная цепь ДНК раскрывается и каждая нить достраивается комплементарной нитью), приводящая к удвоению молекул ДНК бактериального ядра -- нуклеоида.

Репликация ДНК происходит в три этапа: инициация, рост цепи, и терминация.

Размножение бактерий в жидкой питательной среде. Бактерии, засеянные в определенный, не изменяющийся объем питательной среды, размножаясь, потребляют питательные элементы, что приводит в дальнейшем к истощению питательной среды и прекращению роста бактерий. Культивирование бактерий в такой системе называют периодическим культивированием, а культуру -- периодической. Если же условия культивирования поддерживаются путем непрерывной подачи свежей питательной среды и оттока такого же объема культуральной жидкости, то такое культивиро­вание называется непрерывным, а культура -- непрерывной.

При выращивании бактерий на жидкой питательной среде наблюдается придонный, диффузный или поверхностный (в виде пленки) рост культуры. Рост периодической культуры бактерий, выращиваемых на жидкой питательной среде, подразделяют на несколько фаз, или периодов:

1. лаг-фаза;

2. фаза логарифмического роста;

3. фаза стационарного роста, или максимальной концентрации бактерий;

4. фаза гибели бактерий.

Лаг-фаза -- период междупо­севом бактерий и началом размножения. Продолжительность лаг-фазы в среднем 4--5 ч. Бактерии при этом увеличиваются в раз­мерах и готовятся к делению; нарастает количество нуклеино­вых кислот, белка и других компонентов.

Фаза логарифмического (экспоненциального) роста является периодом ин­тенсивного деления бактерий. Продолжительность ее около 5-- 6 ч. При оптимальных условиях роста бактерии могут делиться каждые 20--40 мин. Во время этой фазы бактерии наиболее ра­нимы, что объясняется высокой чувствительностью компонен­тов метаболизма интенсивно растущей клетки к ингибиторам синтеза белка, нуклеиновых кислот и др.

Затем наступает фаза стационарного роста, при которой количество жиз­неспособных клеток остается без изменений, составляя макси­мальный уровень (М-концентрация).

Завершает процесс роста бактерий фаза гибели, характеризующаяся отмиранием бактерий в условиях истощения источников питательной среды и накопления в ней продуктов метаболизма бактерий.

Размножение бактерий на плотной питательной среде. Бактерии, растущие на плотных питательных средах, образуют изолированные колонии округлой формы с ровными или неровными краями (S- и R-формы), различной консистенции и цвета, зависящего от пигмента бактерий. Наиболее распространены среди микроорганизмов такие пигменты, как каротины, ксантофиллы и меланины.

7.Питание бактерий. Типы и механизмы питания бактерий. Аутотрофы и гетеротрофы. Факторы роста. Прототрофы и ауксотрофы

В зависимости от способности усваивать органические или неорганические источники углерода и азота микроорганизмы делятся на две группы - аутотрофов и гетеротрофов.

Аутотрофы (греч. autos - сам, trophic - питающийся) получают углерод из углекислоты (СО₂) или ее солей. Из простых неорганических соединений они синтезируют белки, жиры, углеводы, ферменты.

Гетеротрофы (греч. heteros - другой, trophic - питающийся) используют сложные органические соединения, такие как углеводы, спирты, аминокислоты, органические кислоты. Среди гетеротрофных микроорганизмов различают сапрофитов (греч. sapros - гнилой, phyton - растение) и паразитов. Сапрофиты используют мертвые органические соединения. Они широко распространены в природе, разлагают органические вещества, отбросы, участвуя таким образом в санитарной очистке окружающей среды. Паразиты живут и размножаются в тканях человека, животных, растений.

Микробы могут изменять свой тип питания с паразитического на сапрофитный. Их можно культивировать вне организма, на питательных средах. Среди прокариотов исключение составляют риккетсии и хламидии, которые могут жить только в живых клетках хозяина. Их называют строгими, или облигатными паразитами (лат. obligatus - обязательный). Облигатными паразитами являются также все вирусы.

В зависимости от источников энергии и природы доноров микроорганизмы подразделяют нафототрофы (фотосинтезирующие), способные использовать солнечную энергию, и хемотрофы (хемосинтезирующие), получающие энергию за счет окислительно - восстановительных реакций. К фототрофам относятся исключительно сапрофитные микроорганизмы. В патологии человека ведущую роль играют хемосинтезирующие микроорганизмы.

В зависимости от природы доноров электронов хемотрофы подразделяются на хемолитотрофы (хемоавтотрофы) и хемоорганотрофы (хемогетеротрофы).

В зависимости от источников азота - прототрофы - микроорганизмы, способные синтезировать все необходимые им органические соединения (углеводы, АК и др.) из глюкозы и солей аммония.Ауксотрофы - микроорганизмы, не способные синтезировать какое - либо из указанных соединений. Они ассимилируют эти соединения и другие факторы роста в готовом виде из окружающей среды или организма хозяина.

Транспорт питательных веществ

Через клеточную стенку и цитоплазматическую мембрану внутрь клетки прокариотов проникают только небольшие молекулы, поэтому белки, полисахариды и другие биополимеры вначале расщепляются экзоферементами до более простых соединений, которые транспортируются внутрь клетки.

Проникновение питательных веществ в клетку происходит с помощью различных механизмов. Пассивная диффузия - вещества поступают в клетку за счет диффузии по градиенту концентрации, то есть вследствие того, что концентрация вне клетки выше, чем внутри.

Облегченная диффузия - также совершается по градиенту концентрации, но с участием ферментов-переносчиков, так называемых пермеаз. Этот фермент присоединяет к себе молекулы вещества на внешней стороне цитоплазматической мембраны и отдает его на внутренней стороне в неизмененном виде. Затем свободный переносчик перемещается снова к наружной стороне мембраны, где связывает новые молекулы вещества. При этом каждая пермеаза переносит какое-то определенное вещество.

Эти два механизма переноса не требуют энергетических затрат.

Активный перенос происходит также с участием пермеаз, причем осуществляется против градиента концентрации. Микробная клетка может накопить вещество в концентрации, в тысячи раз превышающих ее во внешней среде. Такой процесс требует затрат энергии, то есть расходуется АТФ.

Транслокация радикалов - это четвертый механизм передачи веществ. Это активный перенос химически измененных молекул, с участием пермеаз. Например, такое простое вещество, как глюкоза, переносится в фосфорилированном виде.

Выход веществ из бактериальной клетки происходит путем пассивной диффузии или путем облегченной диффузии с участием пермеаз.

Факторы роста микроорганизмов:

К факторам роста относят аминокислоты, пуриновые и пиримидиновые основания, липиды, витамины, железопорфирины (гем) и другие соединениями. Некоторые микроорганизмы самостоятельно синтезируют необходимые им ростовые факторы, другие получают их в готовом виде из окружающей среды. Потребность того или другого микроорганизма в определенных ростовых факторах является стабильным признаком, который используется для дифференциации и идентификации бактерий, а также при изготовлении питательных сред для лабораторных и биотехнологических целей.

Аминокислоты. Многие микроорганизмы, особенно бактерии, нуждаются в тех или других аминокислотах (одной или нескольких), поскольку они не могут их самостоятельно синтезировать, например клостридии -- в лейцине, тирозине, стрептококки -- в лейцине, аргинине и др. Такого рода микроорганизмы называются ауксотрофными по тем аминокислотам или другим соединениям, которые они не способны синтезировать.

Пуриновые и пиримидиновые основания и их производные (аденин, гуанин, цитозин, урацил, тимин и др.) являются факторами роста для разных видов стрептококков, некоторые азотистые основания нужны для роста стафилококков и других бактерий. В нуклеотидах нуждаются некоторые виды микоплазм.

Липиды, в частности компоненты фосфолипидов -- жирные кислоты, нужны для роста некоторых стрептококков, микоплазм. Все виды микоплазм ауксотрофны по холестерину и другим сте-ринам, что отличает их от других прокариот. Эти соединения входят в состав их цитоплазматической мембраны.

Витамины, главным образом группы В, входят в состав ко-ферментов или их простетических групп. Многие бактерии ауксотрофны по определенным витаминам. Например, коринебактерии дифтерии, шигеллы нуждаются в никотиновой кислоте или ее амиде, который входит в состав НАД и НАДФ, золотистый стафилококк, пневмококк, бруцеллы -- тиамине (ВО, входящем в состав пирофосфата, некоторые виды стрептококков, бациллы столбняка -- в пантотеновой кислоте, являющейся составной частью кофермента КоА и т. д. Кроме того, факторами роста для многих бактерий являются фолиевая кислота, биотин, а также темы -- компоненты цитохромов. Последние необходимы гемофильным бактериям, микобактериям туберкулеза и др.



8.Питательные среды. Искусственные питательные среды: простые, сложные, общего назначения, элективные, дифференциально-диагностические

Универсальных сред, пригодных в равной степени для всех микроорганизмов, не существует. В закономерности от особенностей обменных процессов (фотосинтез, способы получения энергии) отдельным видам микроорганизмам требуются различные составы питательных веществ.

По составу питательные среды подразделяются на 2 группы:- естественные- искусственные

Естественными называются среды, которые состоят из натуральных пищевых продуктов (молоко, яйца, мясо). Большинство из них применяют в виде экстрактов или настоев. Эти среды имеют сложный, непостоянный химический состав и мало пригодны для изучения физиологии обмена веществ микроорганизмов. Они используются главным образом для поддержания культур микроорганизмов, накопления их биомассы и диагностических целей. Примерами служат мясопептонный бульон, почвенная вытяжка, картофельная среда. Искусственные среды (синтетические среды) - это среды, в состав которых входят только определенные, химически чистые соединения, взятые в точно указанных концентрациях. Синтетические среды удобны для использования обмена веществ микроорганизмов. Зная точный состав и количество входящих в среду компонентов, можно изучить их потребление и превращение. Элективные среды обеспечивают развитие одного вида или группы микроорганизмов и непригодны для развития других. Элективные среды применяют главным образом для выделения микроорганизмов из мест их естественного местообитания или для получения накопительных культур. Дифференциально-диагностические (индикаторные) среды позволяют достаточно быстро отличить одни виды микроорганизмов от других. Состав этих сред подбирают с таким расчетом, чтобы позволить четко выявить наиболее характерные свойства определенного вида. Индикаторные среды применяются в клинической бактериологии, при генетических исследованиях.

Требования, предъявляемые к питательным средам.

1. Питательные среды должны содержать необходимые для питания микробов питательные вещества.

2. Иметь реакцию рН, оптимальную для выращиваемого вида микроба.

3. Питательные среды должны иметь достаточную влажность и вязкость, т.к. микробы питаются по законам диффузии и осмоса.

4. Обладать изотоничностью и иметь определенный окислительно-восстановительный потенциал (гН2).

5. Питательные среды должны быть стерильными, обеспечивая тем самым возможность выращивания чистых культур.

Потребность в питательных веществах и физических условиях у различных видов микробов неодинакова, и этим исключается возможность создания универсальной питательной среды.

По консистенции различают плотные и жидкие питательные среды. Плотные готовят на основе жидких посредством прибавления к ним клеевых веществ: агар-агара или желатина! Классификация питательных сред производится по их составу и назначению

1.По составу питательные среды делятся на простые и сложные

Различают группу сред общего назначения - простых. К этой группе относят мясо-пептонный бульон (простой питательный бульон), мясо-пептонный агар {простой питательный агар), питательный желатин. Эти среды применяются для выращивания многих патогенных микробов. Среды общего назначения, или простые питательные среды, готовятся обычно из гидролизатов с добавлением пептона и хлористого натрия. Их используют также как основу для приготовления сложных сред.

2.Ко второй группе относятся среды элективные, специальные и дифференциально-диагностические.

Среды элективные (селективные, избирательные, накопления, обогащения). Принцип создания элективных питательных сред основан на удовлетворении основных биохимических и энергетических потребностей того вида микроба, для культивирования которого они предназначены, или на добавление ингибиторов, подавляющих рост сопутствующей микрофлоры. Определенный состав и концентрация питательных веществ, микроэлементов, ростовых факторов при строго определённом значении pH или добавлении ингибиторов обеспечивают оптимальные условия для выращивания одного или нескольких видов микроорганизмов. При посеве на них материала, содержащего смесь различных микробов, раньше всего будет провялятся рост того вида, для которого среда будет элективной. Примером элективных сред являются желточный бульон, селенитовый бульон, среда Плоскирева - для выращивания микробов семейства кишечных, щелочная пептонная вода - для холерного вибриона.

Желточный бульонСеленитовый бульон.

Среда Плоскирева.

Пептонная вода

Дифференциально-диагностические среды используют для определения видовой принадлежности исследуемого микроба, основываясь на особенностях его обмена веществ". По своему назначению дифференциально-диагностические среды разделяют следующим образом:

1. Среды для выявления протеолитической способности микробов, содержащие в своем составе молоко, желатин, кровь и т.д.

2. Среды с углеводами и многоатомными спиртами для обнаружения различных сахаролитических ферментов.

В состав дифференциально-диагностических сред, предназначенных для выявления сахаролитических свойств и окислительно-восстановительных ферментов, вводят индикаторы: нейтральную красную, кислый фуксин, бромтимоловый синий, водный голубой с розовой кислотой (ВР). Изменяя свою окраску при различных значениях рН, индикатор указывает на наличие фермента и расщепление введённого в среду ингредиента.

Примеры дифференциально-диагностических сред:Среда Эндо. Среда Эндо имеет слаборозовый цвет. Используется в диагностике кишечных инфекций для дифференциации бактерий, разлагающих лактозу с образованием кислых продуктов, от бактерий, не обладающих этой способностью.

Среды Гисса

9. Бактериологический метод изучения микроорганизмов. Принципы и методы выделения чистых культур аэробных и анаэробных бактерий. Характер роста микроорганизмов на жидких и плотных питательных средах

Чистой культурой называется популяция бактерий одного вида или одной разновидности, выращенная на питательной среде. Многие виды бактерий подразделяют по одному признаку на биологические варианты -- биовары. Биовары, различающиеся по биохимическим свойствам, называют хемоварами, по антигенным свойствам -- сероварами, по чувствительности к фагу -- фаговарами. Культуры микроорганизмов одного и того же вида, или биовара, выделенные из различных источников или в разное время из одного и того же источника, называют штаммами, которые обычно обозначаются номерами или какими-либо символами. Чистые культуры бактерий в диагностических бактериологических лабораториях получают из изолированных колоний, пересевая их петлей в пробирки с твердыми или, реже, жидкими питательными средами.

Колония представляет собой видимое изолированное скопление особей одного вида микроорганизмов, образующееся в результате размножения одной бактериальной клетки на плотной питательной среде (на поверхности или в глубине ее). Колонии бактерий разных видов отличаются друг от друга по своей морфологии, цвету и другим признакам.

Чистую культуру бактерий получают для проведения диагностических исследований -- идентификации, которая достигается путем определения морфологических, культуральных, биохимических и других признаков микроорганизма.

Морфологические и тинкториальные признаки бактерий изучают при микроскопическом исследовании мазков, окрашенных разными методами, и нативных препаратов.

Культуральные свойства характеризуются питательными потребностями, условиями и типом роста бактерий на плотных и жидких питательных средах. Они устанавливаются по морфологии колоний и особенностям роста культуры.

Биохимические признаки бактерий определяются набором конститутивных и индуцибельных ферментов, присущих определенному роду, виду, варианту. В бактериологической практике таксономическое значение имеют чаще всего сахаролитические и протеолитические ферменты бактерий, которые определяют на дифференциально-диагностических средах. При идентификации бактерий до рода и вида обращают внимание на пигменты, окрашивающие колонии и культуральную среду в разнообразные цвета. Например, красный пигмент образуют Serratiamarcescens, золотистый пигмент -- Staphylococcusaureus (золотистый стафилококк), сине-зеленый пигмент -- Pseu-domonasaeruginosa.

Для установления биовара (хемовара, серовара, фаготипа) проводят дополнительные исследования по выялвениб соответствующего маркера - определению фермента, антигена, чувствительности к Фанам.

Методы выделения чистых культур бактерий.

Универсальным инструментом для производства посевов является бактериальная петля. Кроме нее, для посева уколом применяют специальную бактериальную иглу, а для посевов на чашках Петри -- металлические или стеклянные шпатели. Для посевов жидких материалов наряду с петлей используют пастеровские и градуированные пипетки. Первые предварительно изготовляют из стерильных легкоплавких стеклянных трубочек, которые вытягивают на пламени в виде капилляров. Конец капилляра сразу же запаивают для сохранения стерильности. У пастеровских и градуированных пипеток широкий конец закрывают ватой, после чего их помещают в специальные пеналы или обертывают бумагой и стерилизуют.

При пересеве бактериальной культуры берут пробирку в левую руку, а правой, обхватив ватную пробку IV и V пальцами, вынимают ее, пронося над пламенем горелки. Удерживая другими пальцами той же руки петлю, набирают ею посевной материал, после чего закрывают пробирку пробкой. Затем в пробирку со скошенным агаром вносят петлю с посевным материалом, опуская ее до конденсата в нижней части среды, и зигзагообразным движением распределяют мате риал по скошенной поверхности агара. Вынув петлю, обжигают край пробирки и закрывают ее пробкой. Петлю стерилизуют в пламени горелки и ставят в штатив. Пробирки с посевами над_г писывают, указывая дату посева и характер посевного материала (номер исследования или название культуры).

Посевы «газоном» производят шпателем на питательный агар в чашке Петри. Для этого, приоткрыв левой рукой крышку, петлей или пипеткой наносят посевной материал на поверхность питательного агара. Затем проводят шпатель через пламя горелки, остужают его о внутреннюю сторону крышки и растирают материал по всей поверхности среды. После инкубации посева появляется равномерный сплошной рост бактерий.

Методы культивирования анаэробов.Для культивирования анаэробов необходимо понизить окислительно-восстановительный потенциал среды, создать условия анаэробиоза, т. е. пониженного содержания кислорода в среде и окружающем ее пространстве. Это достигается применением физических, химических и биологических методов.



10. Способы получения энергии бактериями (брожение, дыхание). Типы дыхания бактерий

Дыхание, или биологическое окисление, основано на окислительно-восстановительных реакциях, идущих с образованием АТФ-универсального аккумулятора химической энергии. Энергия необходима микробной клетке для ее жизнедеятельности.

При дыхании происходят процессы окисления и восстановления: окисление -- отдача донорами (молекулами или атомами) водорода или электронов; восстановление -- присоединение водорода или электронов к акцептору.

Акцептором водорода или электронов может быть молекулярный кислород (такое дыхание называется аэробным) или нитрат, сульфат, фумарат (такое дыхание называется анаэробным -- нитратным, сульфатным, фумаратным).

Анаэробиоз (от греч.аег -- воздух + bios -- жизнь) -- жизнедеятельность, протекающая при отсутствии свободного кислорода. Если донорами и акцепторами водорода являются органические соединения, то такой процесс называется брожением.

При брожении происходит ферментативное расщепление органических соединений, преимущественно углеводов, в анаэробных условиях.

С учетом конечного продукта расщепления углеводов различают спиртовое, молочнокислое, уксуснокислое и другие виды брожения. По отношению к молекулярному кислороду бактерии можно разделить на три основные группы:

облигатные, т.е. обязательные, аэробы, облигатные анаэробы и факультативные анаэробы.



11. Ферменты бактерий. Классификация ферментов: 1) по химической природе; 2) по генетическому контролю. Методы изучения ферментативной активности бактерий и ее использование для идентификации бактерий

Ферменты бактерийФерменты (энзимы) - белковые катализаторы живой клетки. Ферменты метаболизма отсутствуют у вирусов. У бактерий обнаружены все 6 классов.Свойства ферментов:

*Ускоряют реакции, которые могут протекать и без них;

*Не входят в состав конечных продуктов реакции и не расходуются в процессе реакции;

*Узко специфичны, избирательно действуют на субстрат.

*Регулируемы. Регуляция ферментативного аппарата - важнейший механизм адаптации к условиям среды;

*Эффективны. Скорость реакции возрастает на несколько порядков.

Классификация ферментов:I.По химической природе:

*Оксидоредуктазы - катализируют окислительно-восстановительные реакции;

*Трансферазы - ускоряют реакции переноса атомов в ЦТК и пентозофосфатном цикле. Аминотрансфераза и ацилтрансфераза - определяют антибиотикорезистентность бактерий.

*Гидролазы - ускоряют гидролитическое расщепление белков и углеводов. Для некоторых гидролаз субстратом являются органы, ткани живого человека - ферменты агрессии.

Ферменты агрессии:

a.Гиалуронидаза - расщепляет гиалуроновую кислоту соединительной ткани;

b.Нейраминидаза - нейраминоваую кислоту слизистых оболочек;

c.Коллагеназа - коллаген мышечных волокон;

d.Лецитиназа - лецитин мембран эритроцитов и мышечных волокон;

e.Протеиназа - иммуноглобулины.

*Лиазы - участвуют в реакциях негидролитического расщепления с образованием двойных связей или присоединение по двойным связям;

*Изомеразы - изомерация соединений;

*Лигазы (синтетазы) - реакция биосинтеза белка.

II.По генетическому контролю:*Конститутивные синтезируются в течении всей жизни микроорганизма (1,2,6 классы);*Адаптивные ферменты (индуцибельные). Синтез индуцируется субстратом (3,4 классы);*Репрессивные. Синтез угнетается избыточным накоплением продуктов реакции.*!Ферментативная активность микроба используется для идентификации и включает три варианта: 1. Сахаролитическая; 2. Протеолитическая (расщепление белков); 3. Гемолитическая.

...