Внешний липопротвидный слой протопласта бактерий, обладающий особыми физическими и химическими свойствами, называется цитоплазматической мембраной

Внутри цитоплазмы находятся все жизненно важные структуры и органеллы.

Цитоплазматическая мембрана выполняет очень важную роль — регулирует поступление веществ в клетку и выделение наружу продуктов обмена.

Через мембрану питательные вещества могут поступать в клетку в результате активного биохимического процесса с участием ферментов. Кроме того, в мембране происходит синтез некоторых составных частей клетки, в основном компонентов клеточной стенки и капсулы. Наконец, в цитоплазматической мембране находятся важнейшие ферменты (биологические катализаторы). Упорядоченное расположение ферментов на мембранах позволяет регулировать их активность и предотвращать разрушение одних ферментов другими. С мембраной связаны рибосомы — структурные частицы, на которых синтезируется белок. Мембрана состоит из липопротеидов. Она достаточно прочна и может обеспечить временное существование клетки без оболочки. Цитоплазматическая мембрана составляет до 20% сухой массы клетки.

. Цитоплазматическая мембрана часто дает инвагинации — впячивания внутрь клетки. Эти впячивания образуют в цитоплазме особые мембранные структуры, названные мезосомами. Некоторые виды мезосом представляют собой тельца, отделенные от цитоплазмы собственной мембраной. Внутри таких мембранных мешочков упакованы многочисленные пузырьки и канальцы Эти структуры выполняют у бактерий самые различные функции. Одни из этих структур — аналоги митохондрий. Другие выполняют функции зндоплазматической сети или аппарата Гольджи. Путем инвагинации цитоплазматической мембраны образуется также фотосинтезирующий аппарат бактерий. После впячивания цитоплазмы мембрана продолжает расти и образует стопки.которые по аналогии с гранулами хлоропластов растений называют стопками тилакоидов. В этих мембранах, часто заполняющих собой большую часть цитоплазмы бактериальной клетки, локализуются пигменты (бактериохлорофилл, каротиноиды) и ферменты (цитохромы), осуществляющие процесс фотосинтеза.

В цитоплазме бактерий содержатся рибосомы — белок-синтезирующие частицы диаметром 200А. В клетке их насчитывается больше тысячи. Состоят рибосомы из РНК и белка. У бактерий многие рибосомы расположены в цитоплазме свободно, некоторые из них могут быть связаны с мембранами. Рибосомы являются центрами синтеза белка в клетке. При этом они часто соединяются между собой, образуя агрегаты, называемые полирибосомами или полисомами. Помимо различных структурных компонентов, цитоплазма состоит из жидкой части — растворимой фракции. В ней содержатся белки, различные ферменты, т-РНК, некоторые пигменты и низкомолекулярные соединения — сахара, аминокислоты.

Ядерный аппарат. В центральной части клетки локализовано ядерное вещество — дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК).

У бактерий нет такого ядра, как у высших организмов (эукариотов), а есть его аналог — «ядерный эквивалент» — нуклеоид, который является эволюционно более примитивной формой организации ядерного вещества. Микроорганизмы, не имеющие настоящего ядра, а обладающие его аналогом, относятся к прокариотам. Все бактерии — прокариоты

 

 

ВОПРОС 6

 

Жгутики. На поверхности некоторых бактерий имеются придаточные структуры; наиболее широко распространенными из них являются жгутики — органы движения бактерий. Жгутик закрепляется под цитоплазматической мембраной с помощью двух пар дисков. У бактерий может быть один, два или много жгутиков. Расположение их различно: на одном конце клетки, на двух, по всей поверхности и т. д. Жгутики бактерий имеют диаметр 0,01—0,03 мкм, длина их может во много раз превосходить длину клетки. Бактериальные жгутики Состоят из белка — флагеллина — и представляют собой скрученные винтообразные нити.

На поверхности некоторых бактериальных клеток имеются тонкие ворсинки — фимбрии.

Капсула. Клеточная стенка многих бактерий сверху окружена слоем слизистого материала — капсулой Толщина капсулы может во много раз превосходить диаметр самой клетки, а иногда она настолько тонкая, что ее можно увидеть лишь через электронный микроскоп, — микрокапсула. Капсула не является обязательной частью клетки, она образуется в зависимости от условий, в которые попадают бактерии. Она служит защитным покровом клетки и участвует в водном обмене, предохраняя клетку от высыхания.

 

 

Реснички — органеллы, представляющие собой тонкие (диаметром 0,1—0,6 мкм) волосковидные структуры на поверхности эукариотических клеток. Длина их может составлять от 3—15 мкм до 2 мм. Могут быть подвижны или нет: неподвижные реснички играют роль рецепторов. Характерны для инфузорий. У многих беспозвоночных животных ими покрыта вся поверхность тела (ресничные черви, личинки кишечнополостных и губок) или отдельные его участки (например, жабры у полихет и двустворчатых моллюсков, подошва ноги у брюхоногих моллюсков. У многих беспозвоночных (кишечнополостные, гребневики, турбеллярии и др.) реснички также имеются на клетках кишечного эпителия. У позвоночных (в том числе человека) клетки с подвижными ресничками также есть во многих органах. У человека ресничным эпителием выстланы дыхательные пути, евстахиевы трубы, семявыносящие канальцы, желудочки мозга и спинномозговой (центральный) канал. Видоизмененные реснички служат световоспринимающим аппаратом фоторецепторов сетчатки глаза и воспринимающим запахи аппаратом хеморецепторов обонятельного эпителия.

Строение

Реснички в разрезе

Снаружи покрыты мембраной, являющейся продолжением плазмолеммы — цитоплазматической мембраны. В центре проходит две полные микротрубочки, на периферии — девять пар микротрубочек, из которых в каждой паре одна полная, а вторая неполная У основания находится базальное тело (кинетосома), имеющее в поперечном разрезе ту же структуру, что и половинка центриоли, то есть состоящее из девяти троек микротрубочек.

 

Ворсинки, микроскопические выросты внутренних оболочек ряда органов главным образом у высших позвоночных животных и человека. 1) Выросты слизистой оболочки тонкой кишки у некоторых земноводных, птиц и млекопитающих. Образованы кишечным эпителием, а также соединительной тканью, богатой мышцами, кровеносными и лимфатическими сосудами, нервами. Количество В. в кишечнике человека — около 4 млн., их общая площадь около 43 м2. Форма и величина их различны в зависимости от характера питания и отдела кишки. Высота В. 0,3—0,5 мм, толщина — около 0,1 мм. В. покрыты однослойным эпителием, состоящим из клеток различных типов. Через В. происходит активное всасывание пищевых веществ. Мышечные сокращения В. способствуют перемешиванию пищи в полости кишки и продвижению поступивших через эпителий питательных веществ по кровеносным (продукты распада белков и углеводов) и лимфатическим (продукты расщепления жиров) сосудам. Клетки эпителия В. слущиваются и постепенно заменяются новыми, размножающимися в криптах (впячиваниях слизистой оболочки). Поверхность цилиндрических эпителиальных клеток В., обращённая в просвет кишки, имеет цитоплазматические выросты — микроворсинки, на внешних мембранах которых происходит так называемое пристеночное (мембранное) пищеварение. У беспозвоночных В. нет. Однако каёмчатый кишечный эпителий с микроворсинками обычен у многих из них. Иногда микроворсинки, обеспечивающие пристеночное пищеварение, покрывают наружную поверхность тела, особенно у паразитических форм, лишённых кишечника. 2) Выросты синовиальной оболочки суставных капсул, покрытые эпителиоподобным слоем синовиальных клеток. 3) Выросты одной из зародышевых оболочек — хориона.

 

Фимбрии длинные, тонкие, прямые выросты, состоящие из гидрофобного белка и находящиеся в большом количестве (иногда до нескольких тысяч) на поверхности клеток грамотрицательных бактерий. Длина Ф. – до 12 мкм, толщина – не более 100 Å. Они значительно тоньше и короче жгутиков Ф. могут быть как у подвижных, так и у неподвижных бактерий; возникают обычно из базального тельца, находящегося в цитоплазматической мембране, и проходят через клеточную стенку наружу. Ф. придают бактериальной клетке способность неспецифически "прилипать" к плотной поверхности клеток, тканей и т.п.

 

Пили - тонкие полые нитевидные отростки, имеющиеся на поверхности ряда бактерий. Считается, что они способствуют прилипанию этих бактерий к поверхности других клеток. У некоторых бактерий выделяют специализированные фимбрии (F-фимбрии), участвующие в процессе передачи ДНК во время конъюгации.

 

ВОПРОС 7

Тинкториальными свойствами называют способность воспринимать красители и характерно окрашиваться. Наибольшее значение для идентификации имеет использование сложных (дифференцирующих) методов, в первую очередь метода Грама, позволяющего различить грамположительные и грамотрицательные бактерии. При окраске этим методом грамположительные бактерии окрашиваются в сине-фиолетовый цвет, а грамотрицательные – в бордово-красный, что отражает различия в строении клеточных стенок бактерий двух групп.

 

На основании результатов микроскопии окрашенных по методу Грама препаратов из патологического материала можно ориентировочно судить о составе микрофлоры и степени микробной обсемененности материала, что позволяет выбрать более адекватные методы и средства диагностики и начальной антимикробной терапии. Так, например, при обнаружении стрептококков препаратом выбора должен быть пенициллин. Результаты параллельного выделения и идентификации возбудителя с дальнейшим определением чувствительности уточняют сделанный выбор.

 

Из других методов часто используют окраску по Цилю–Нильсену, позволяющую выявить кислотоустойчивые формы бактерии (Mycobacterium spp., Nocardia spp.) и споры (покоящиеся формы). Например, микобактерии туберкулеза окрашиваются в красный цвет, а некислотоустойчивые клетки – в синий.

 

ВОПРОС 9

Люминесцентная микроскопия, метод наблюдения под микроскопом люминесцентного свечения микрообъектов при освещении их сине-фиолетовым светом или ультрафиолетовыми лучами

 

Темнопольная микроскопия позволяет наблюдать живые бактерии. Для темнопольной микроскопии используют темнопольный конденсор, выделяющий контрастирующие структуры неокрашенного материала. Перед началом работы свет устанавливают и центрируют по светлому полю, затем светлопольный конденсор удаляют и заменяют соответствующей системой (например, ОИ-10 или ОИ-21). Препарат готовят по методу «раздавленной капли», делая его как можно более тонким (толщина покровного стекла не должна быть толще 1 мм). Наблюдаемый объект выглядит как освещенный на тёмном поле. При этом лучи от осветителя падают на объект сбоку, а в линзы микроскопа поступают только рассеянные лучи В качестве иммерсионной жидкости пригодно вазелиновое масло.

Фазово-контрастная микроскопия позволяет изучать живые и неокрашенные объекты за счёт повышения их контрастности. При прохождении света через окрашенные объекты происходит изменение амплитуды световой волны, а при прохождении через неокрашенные — фазы световой волны, что используют для получения высококонтрастного изображения в фазово-контрастной и интерференционной микроскопии. Для повышения контрастности фазовые кольца покрывают металлом, поглощающим прямой свет, не влияя на сдвиг фазы. В оптической системе микроскопа применяют специальный конденсор с револьвером диафрагм и центрирующим устройством; объективы заменяют на иммерсионные объективы-апохроматы.

 

ЭЛЕКТРОННАЯ МИКРОСКОПИЯ, совокупность электронно-зондовых методов исследования микроструктуры твердых тел, их локального состава и микрополей (электрических, магнитных и др.) с помощью электронных микроскопов (ЭМ) - приборов, в к-рых для получения увелич. изображений используют электронный пучок. Электронная микроскопия включает также методики подготовки изучаемых объектов, обработки и анализа результирующей информации. Различают два гл. направления электронной микроскопии: трансмиссионную (просвечивающую) и растровую (сканирующую), основанных на использовании соответствующих типов ЭМ. Они дают качественно разл. информацию об объекте исследования и часто применяются совместно. Известны также отражательная, эмиссионная, оже-электронная, лоренцова и иные виды электронной микроскопии, реализуемые, как правило, с помощью приставок к трансмиссионным и растровым ЭМ.

 

Бактериоскопический (микроскопический) метод- совокупность способов обнаружения и изучения морфологических и тинкториальных св-в бактерий (микробов) в лабораторной к-ре, патологическом материале или в пробах из внешней среды с помощью микроскопии. Применяют для установления д-за инфекц. заболевания или иного вызванного микробами процесса, а также при идентификации выделенной чистой к-ры. В лабораторной практике используют следующие типы микроскопических препаратов: 1) висячую каплю (см.); 2) придавленную каплю (см); 3) тонкий мазок (см.) крови, гноя, мокроты и др.; 4) толстую каплю (см.); 5) агар-микроскопию (см.); 6) препарат-отпечаток (см.); 7) фиксированный мазок. В бактериол. практике чаще применяют последний тип препарата. Приготовление его состоит из нескольких этапов: 1) забора и доставки материала для исследования (см.); 2) приготовления препарата. Для этого иссл. материал наносят на чистое, обезжиренное предметное стекло с помощью бактер. петли и распределяют по площади в 1 см2. Плотный (густой) материал или к-ру из плотной среды вносят бактер. петлей в каплю физраствора, тщательно размешивают и распределяют по стеклу на таком же пространстве, как и в предыдущем случае. Величина вносимого материала зависит от предполагаемого количества бактерий в нем. Препарат должен быть таким, чтобы наступило хорошее прокрашивание и обесцвечивание всех бактерий и чтобы была возможность наблюдать за единичными бактериями; 3) приготовленный мазок высушивают на открытом воздухе или в теплой струе воздуха (от газовой горелки или воздушного полотенца); 4) препарат фиксируют на стекле для обеспечения безопасности дальнейшей работы, прикрепления бактерий к стеклу, лучшего восприятия ими краски, поскольку структуры убитых бактерий легче и прочнее воспринимают красители; 5) фиксированные мазки окрашивают одним из простых или специальных методов крашения погружая мазок в краситель или наливая его на препарат так, чтобы вся поверхность препарата была покрыта сплошным слоем красителя, и хорошо просушивают на воздухе. Плохо высушенный препарат дает мутное изображение при иммерсионной микроскопии из-за образования эмульсии; 7) микроскопии мазка. Ценность Б.м. состоит в простоте, доступности методик и быстроте получения результатов (30 - 60 мин и менее). Однако специфичность его в связи с близостью морфологии разных видов мала, чувствительность ограничена (около 105 бактерий в 1 мл), информация, полученная с его помощью, невелика. Результаты Б.м. обычно можно использовать как ориентировочные в основном для индикации высоких таксонов. Ценность Б.м. резко возрастает при исследовании простейших, грибов и обработке препарата люминесцирующими с-ками

 

 

ВОПРОС 1О

Все питательные вещества и любые элементы, подвергающиеся взаимодействиям и превращениям с участием бактерий, вступают в реакции при участии ферментов. Ферменты, или энзимы — специфичные и эффективные белковые катализаторы, присутствующие во всех живых клетках. За каждое превращение одного соединения в другое ответственен особый фермент.

 

• Ферменты снижают энергию активации, обеспечивая протекание таких химических реакций, которые без них могли бы проходить только при высокой температуре, избыточном давлении и при других нефизиологических условиях, неприемлемых для живой клетки.

 

• Ферменты увеличивают скорость реакции примерно на 10 порядков, что сокращает полупериод какой-либо реакции с 300 лет до одной секунды.

 

• Ферменты «узнают» субстрат по пространственному расположению его молекулы и распределению зарядов в ней. За связывание с субстратом отвечает определённый участок молекулы ферментативного белка — его каталитический центр. При этом образуется промежуточный фермент-субстратный комплекс, который затем распадается с образованием продукта реакции и свободного фермента.

 

Регуляторные (аллостерические) ферменты

 

• Регуляторные (аллостерические) ферменты воспринимают различные метаболические сигналы и в соответствии с ними изменяют свою каталитическую активность.

Эффекторные ферменты

 

Известно шесть основных классов ферментов, катализирующих следующие реакции: оксидоредуктазы — перенос электронов; трансферазы — перенос различных химических групп; гидролазы — перенос функциональных групп на молекулу воды; лиазы — присоединение групп по двойным связям и обратные реакции; изомера-зы — перенос групп внутри молекулы с образованием изомерных форм; лигазы — образование связей С-С, C-S, С-О, C-N за счёт реакций конденсации, сопряжённых с распадом аденозинтрифосфата (АТФ).

 

• Бактерии способны синтезировать все ферменты, необходимые для утилизации широкого спектра питательных субстратов. Определённый субстрат в среде вызывает синтез ферментов, обеспечивающих его катаболизм. В этом случае говорят об индукции катаболических ферментов индуцирующим субстратом (иидуцибельные ферменты). Образование анаболических ферментов в процессах биосинтеза регулируется путём репрессии конечным продуктом (репрессибельные ферменты). Если в среде имеются одновременно два субстрата, то бактерия использует субстрат, обеспечивающий более быстрый рост. Синтез ферментов для расщепления второго субстрата репрессируется; такой вариант известен как катаболитная репрессия. Ферменты, синтезируемые вне зависимости от условий среды, — конститутивные ферменты.

Определение ферментативной активности бактерий

 

• Определение ферментативной активности бактерий играет огромную роль в их идентификации. Например, все аэробы или факультативные анаэробы обладают супероксид дисмутазой и каталазой — ферментами, защищающими клетку от токсичных продуктов кислородного метаболизма. Практически все облигатные анаэробы не синтезируют эти ферменты. Только одна группа аэробных бактерий — молочнокислые бактерии каталазонегативны, но аккумулируют пероксидазу — фермент, катализирующий окисление органических соединений под действием Н202 (восстанавливается до воды). Наличие аргининдигидролазы — диагностический признак, позволяющий различить сапрофитические виды Pseudomonas от фитопатогенных. Среди пяти основных групп семейства Enterobacteriaceae только две — Escherichiae и Erwiniae— не синтезируют уреазу. Часто вирулентность штамма связана с повышенной активностью ферментов, ответственных за синтез токсинов.

 

• Получение микробных ферментов — важнейшая отрасль промышленной микробиологии. Например, для улучшения пищеварения применяют готовые препараты ферментов — амилазы, целлюлазы, протеазы, липазы, облегчающих соответственно гидролиз крахмала, целлюлозы, белка и липидов. При изготовлении сладостей для предупреждения кристаллизации сахарозы применяют инвертазу дрожжей, для осветления фруктовых соков — пектиназу. Коллагеназа клостридий и стрептокиназа стрептококков, гидролизующие белки, способствуют заживлению ран и ожогов. Литические ферменты бактерий, секретируемые в окружающую среду, действуют на клеточные стенки патогенных микроорганизмов и служат эффективным средством в борьбе с последними, даже если они обладают множественной устойчивостью к антибиотикам. В качестве инструментария в биоорганической химии, генной инженерии и генотерапии используют выделенные из бактерий рибонуклеазы, дезоксирибонуклеазы, полимеразы, ДНК-лигазы и прочие ферменты, направленно модифицирующие нуклеиновые кислоты.

 

ВОПРОС 11

 

 

Катаболи́зм или энергетический обмен — процесс метаболического распада, разложения на более простые вещества или окисления какого-либо вещества, обычно протекающий с высвобождением энергии в виде тепла и в виде АТФ. Катаболические реакции лежат в основе диссимиляции: утраты сложными веществами своей специфичности для данного организма в результате распада до более простых. Примерами катаболизма являются превращение этанола через стадии ацетальдегида (этаналя) и уксусной кислоты (этановой кислоты) в углекислый газ и воду, или процесс гликолиза — превращение глюкозы в молочную кислоту либо пировиноградную кислоту и далее уже в дыхательном цикле — опять-таки в углекислый газ и воду. Интенсивность катаболических процессов и преобладание тех или иных катаболических процессов в качестве источников энергии в клетках регулируется гормонами. Например, глюкокортикоиды повышают интенсивность катаболизма белков и аминокислот, одновременно тормозя катаболизм глюкозы (гипогликемия), а инсулин, напротив, ускоряет катаболизм глюкозы и тормозит катаболизм белков.

 

Катаболизм является противоположностью анаболизма — процессу синтеза или ресинтеза новых, более сложных, соединений из более простых, протекающему с расходованием, затратой энергии АТФ. Соотношение катаболических и анаболических процессов в клетке опять-таки регулируется гормонами. Например, адреналин или глюкокортикоиды сдвигают баланс обмена веществ в клетке в сторону преобладания катаболизма, а инсулин, соматотропин, тестостерон — в сторону преобладания анаболизма

 

Анаболи́зм или пластический обмен — совокупность химических процессов, составляющих одну из сторон обмена веществ в организме, направленных на образование составных частей клеток и тканей.Анаболизм взаимосвязан с противоположным процессом — катаболизмом, так как продукты распада различных соединений могут вновь использоваться при анаболизме, образуя в иных сочетаниях новые вещества. Процессы анаболизма, происходящие в зелёных растениях с поглощением энергии солнечных лучей имеют планетарное значение, играя решающую роль в синтезе органических веществ из неорганических. Анаболизм включает в себя процессы синтеза аминокислот, моносахаридов, жирных кислот, нуклеотидов, полисахаридов, макромолекул белков, нуклеиновых кислот, АТФ.В результате пластического обмена из питательных веществ, поступающих в клетку, строятся свойственные организму белки, жиры, углеводы, которые, в свою очередь, идут уже на создание новых клеток, их органов, межклеточного вещества.

 

Метаболи́зм или обмен веществ — набор химических реакций, которые возникают в живом организме для поддержания жизни. Эти процессы позволяют организмам расти и размножаться, сохранять свои структуры и отвечать на воздействия окружающей среды. Метаболизм обычно делят на две стадии: в ходе катаболизма сложные органические вещества деградируют до более простых; в процессах анаболизма с затратами энергии синтезируются такие вещества, как белки, сахара, липиды и нуклеиновые кислоты.

 

Обмен веществ происходит между клетками организма и межклеточной жидкостью, постоянство состава которой поддерживается кровообращением: за время прохождения крови в капиллярах через проницаемые стенки капилляров плазма крови 40 раз полностью обновляется с интерстициальной жидкостью. Серии химических реакций обмена веществ называют метаболическими путями, в них при участии ферментов одни биологически значимые молекулы последовательно превращаются в другие. Ферменты играют важную роль в метаболических процессах потому, что:

действуют как биологические катализаторы и снижают энергию активации химической реакции;

позволяют регулировать метаболические пути в ответ на изменения среды клетки или сигналы от других клеток.

 

Особенности метаболизма влияют на то, будет ли пригодна определенная молекула для использования организмом в качестве источника энергии. Так, например, некоторые прокариоты используют сероводород в качестве источника энергии, однако этот газ ядовит для животных. Скорость обмена веществ также влияет на количество пищи, необходимой для организма.

 

Основные метаболические пути и их компоненты одинаковы для многих видов, что свидетельствует о единстве происхождения всех живых существ.]Например, некоторые карбоновые кислоты, являющиеся интермедиатами цикла трикарбоновых кислот присутствуют во всех организмах, начиная от бактерий и заканчивая многоклеточными организмами эукариот.Сходства в обмене веществ, вероятно, связаны с высокой эффективностью метаболических путей, а также с их ранним появлением в истории эволюции.

ВОПРОС 12

 

Плазмиды — внехромосомные мобильные генетические структуры бактерий, представляющие собой замкнутые кольца двунитчатой ДНК. По размерам составляют 0,1—5 % ДНК хромосомы. Плазмиды способны автономно копироваться (реплицироваться) и существовать в цитоплазме клетки, поэтому в клетке может быть несколько копий плазмид. Плазмиды могут включаться (интегрировать) в хромосому и реплицироваться вместе с ней. Различают трансмиссивные и нетрансмиссивные плазмиды. Трансмиссивные (конъюгативные) плазмиды могут передаваться из одной бактерии в другую.

Среди фенотипических признаков, сообщаемых бактериальной клетке плазмидами, можно выделить следующие:

1) устойчивость к антибиотикам;

2) образование колицинов;

3) продукция факторов патогенности;

4) способность к синтезу антибиотических веществ;

5) расщепление сложных органических веществ;

6) образование ферментов рестрикции и модификации.

Термин «плазмиды» впервые введен американским ученым Дж. Ледербергом (1952) для обозначения полового фактора бактерий. Плазмиды несут гены, не обязательные для клетки-хозяина, придают бактериям дополнительные свойства, которые в определенных условиях окружающей среды обеспечивают их временные преимущества по сравнению с бесплазмидными бактериями.

Некоторые плазмиды находятся под строгим контролем. Это означает, что их репликация сопряжена с репликацией хромосомы так, что в каждой бактериальной клетке присутствует одна или, по крайней мере, несколько копий плазмид.

Число копий плазмид, находящихся под слабым контролем, может достигать от 10 до 200 на бактериальную клетку.

Для характеристики плазмидных репликонов их принято разбивать на группы совместимости. Несовместимость плазмид связана с неспособностью двух плазмид стабильно сохраняться в одной и той же бактериальной клетке. Несовместимость свойственна тем плазмидам, которые обладают высоким сходством репликонов, поддержание которых в клетке регулируется одним и тем же механизмом.

Некоторые плазмиды могут обратимо встраиваться в бактериальную хромосому и функционировать в виде единого репликона. Такие плазмиды называются интегративными или эписомами.

Плазмиды могут определять вирулентность бактерий, например возбудителей чумы, столбняка, способность почвенных бактерий использовать необычные источники углерода, контролировать синтез белковых антибиотикоподобных веществ — бактериоцинов, детерминируемых плазмидами бактериоциногении, и т. д. Существование множества других плазмид у микроорганизмов позволяет полагать, что аналогичные структуры широко распространены у самых разнообразных микроорганизмов.

Плазмиды подвержены рекомбинациям, мутациям, могут быть элиминированы (удалены) из бактерий, что, однако, не влияет на их основные свойства. Плазмиды являются удобной моделью для экспериментов по искусственной реконструкции генетического материала, широко используются в генетической инженерии для получения рекомбинантных штаммов. Благодаря быстрому самокопированию и возможности конъюгационной передачи плазмид внутри вида, между видами или даже родами плазмиды играют важную роль в эволюции бактерий.

 

ВОПРОС 13

Строение генома бактерий. Понятие о генотипе и фенотипе. Виды изменчивости. Подвижные генетические элементы, их роль в эволюции бактерий.

Бактериальный геном состоит из генетических элементов, способных к самостоятельной репликации, т. е. репликонов. Репликонами являются бактериальная хромосома и плазмиды.

Наследственная информация хранится у бактерий в форме последовательности нуклеотидов ДНК, которые определяют после­довательность аминокислот в белке. Каждому белку соответствует свой ген, т. е. дискретный участок на ДНК, отличающийся числом и специфичностью последовательности нуклеотидов.

Бактериальная хромосома представлена одной двухцепочечной молекулой ДНК кольцевой формы. Размеры бактериальной хромосомы у различных представителей царства Procaryotaeварьируют. Бактериальная хромосома формирует компактный нуклеоид бактериальной клетки. Бактериальная хромосома имеет гаплоидный набор генов. Она кодирует жизненно важные для бактериальной клетки функции.

Плазмиды бактерий представляют собой двухцепочечные молекулы ДНК. Они кодируют не основные для жизнедеятельности бактериальной клетки функции, но придающие бактерии преимущества при попадании в неблагоприятные условия существования.

Свойства микроорганизмов, как и любых других организмов, определяются их генотипом, т.е. совокупностью генов данной особи. Термин «геном» в отношении микроорганизмов — почти синоним понятия «генотип».

Фенотип представляет собой результат взаимодействия между генотипом и окружающей средой, т. е. проявление генотипа в конкретных условиях обитания. Фенотип микроорганизмов хотя и зависит от окружающей среды, но контролируется генотипом, так как характер и степень возможных для данной клетки стенотипических изменений определяются набором генов, каждый из которых представлен определенным участком молекулы ДНК.

В основе изменчивости лежит либо изменение реакции генотипа на факторы окружающей среды, либо изменение самого генотипа в результате мутации генов или их рекомбинации. В связи с этим фенотипическую изменчивость подразделяют на наследственную и ненаследственную.

Ненаследственная (средовая, модификационная) изменчивость обусловлена влиянием внутри- и внеклеточных факторов на проявление генотипа. При устранении фактора, вызвавшего модификацию, данные изменения исчезают.

Наследственная (генотипическая) изменчивость, связанная с мутациями, — мутационная изменчивость. Основу мутации составляют изменения последовательности нуклеотидов в ДНК, полная или частичная их утрата, т. е. происходит структурная перестройка генов, проявляющаяся фенотипически в виде измененного признака.

Наследственная изменчивость, связанная с рекомбинациями, называется рекомбинационной изменчивостью.

Подвижные генетические элементы.

В состав бактериального генома, как в бактериальную хромосому, так и в плазмиды, входят подвижные генетические элементы. К подвижным генетическим элементам относятся вставочные последовательности и транспозоны.

Вставочные (инсерционные) последовательности, IS-элементы— это участки ДНК, способные как целое перемещаться из одного участка репликона в другой, а также между репликонами. Они содержат лишь те гены, которые необходимы для их собственного перемещения — транспозиции: ген, кодирующий фермент транспозазу, обеспечивающую процесс исключения IS-элемента из ДНК и его интеграцию в новый локус, и ген, детерминирующий синтез репрессора, который регулирует весь процесс перемещения.

Отличительной особенностью IS-элементов является наличие на концах вставочной последовательности инвертированных повторов. Эти инвертированные повторы узнает фермент транспозаза. Транспозаза осуществляет одноцепочечные разрывы цепей ДНК, расположенных по обе стороны от подвижного элемента. Оригинальная копия IS-элемента остается на прежнем месте, а ее реплицированный дупликат перемещается на новый участок.

Перемещение подвижных генетических элементов принято называть репликативной или незаконной рекомбинацией. Однако в отличие от бактериальной хромосомы и плазмид подвижные генетические элементы не являются самостоятельными репликонами, так как их репликация — составной элемент репликации ДНК репликона, в составе которого они находятся.

Известно несколько разновидностей IS-элементов, которые различаются по размерам и по типам и количеству инвертированных повторов.

Транспозоны— это сегменты ДНК, обладающие теми же свойствами, что и IS-элементы, но имеющие структурные гены, т. е. гены, обеспечивающие синтез молекул, обладающих специфическим биологическим свойством, например токсичностью, или обеспечивающих устойчивость к антибиотикам.

Перемещаясь по репликону или между репликонами, подвижные генетические элементы вызывают:

1. Инактивацию генов тех участков ДНК, куда они, переместившись, встраиваются.

2. Образование повреждений генетического материала.

3. Слияние репликонов, т. е. встраивание плазмиды в хромосому.

4. Распространение генов в популяции бактерий, что может приводить к изменению биологических свойств популяции, смене возбудителей инфекционных заболеваний, а также способствует эволюционным процессам среди микробов.

Изменения бактериального генома, а, следовательно, и свойств бактерий могут происходить в результате мутаций и рекомбинаций.

ВОПРОС 18

Бактериологический метод заключается в выделении чистой культуры возбудителя (популяции, содержащей бактерии одного вида) и идентификации этого возбудителя является основным методом бактериологического исследования

 

Изучение свойств микроорганизмов в бактериологической лаборатории с целью установления принадлежности к той или иной систематической группе (виду, роду) и называется их идентификация.

 

В целом бактериологический метод исследования представляет собой многоэтапное бактериологическое исследование, которое длится 18— 24 часов.

Бактериологический метод — как проводят?

 

При бактериологическом методе в анаэростат помещают посевы анаэробов. Из аэростата удаляют воздух и заменяют его газовой смесью, которая не содержит кислород.

 

Основой бактериологического метода является выделение чистой культуры возбудителя, которое происходит на первом этапе исследования. Для выделения чистой культуры возбудителя делают посев взятого материала. Посев делается, как правило, на плотные питательные среды, которые выбирают исходя из свойств предполагаемого возбудителя.

 

При бактериологическом методе применяют по возможности среды, на которых растет только конкретный вид бактерий — элективные среды, или среды, позволяющие отличить предполагаемого возбудителя от других микроорганизмов или по-другому дифференциально-диагностические среды.

 

ВОПРОС 21

 

 

Химиотерапия (от химия и терапия), лечение лекарственными средствами, действующими на возбудителей инфекционных и паразитарных заболеваний и опухолевые клетки. Понятие Х. возникло в начале 20 в., когда П. Эрлих показал возможность направленного синтеза препаратов, способных воздействовать на микроорганизмы, применил сальварсан (1909) и установил основные закономерности специфического действия средств Х.

 

Классификация химиотерапевтических препаратов

 

А. Классификация по групповой принадлежности

 

I. Антибактериальные средства

 

1. Антибиотики

 

Пенициллины:

• природные пенициллины — бензилпенициллин (калиевая, натриевая, новокаиновая соли), пенициллин прокаин (бензилпенициллина новокаиновая соль), бензатин бензилпенициллин (бициллин);

• полусинтетические пенициллиназоустойчивые пенициллины — клоксациллин, оксациллин;

• полусинтетические пенициллины широкого спектра действия — азлоциллин, амоксициллин, ампициллин, бакампициллин, карбенициллин, карфециллин, пиперациллин, тикарциллин;

• комбинированные пенициллины — ампициллин + оксациллин, амоксициллин + клаву-лановая кислота, тикарциллин + клавулановая кислота, ампициллин + сульбактам.

 

Цефалоспорины:

• первого поколения — цефадроксил, цефазолин, цефалотин, цефалексин, цефалоридин, цефапирин;

• второго поколения — цефаклор, цефамандол, цефокситин, цефоницид, цефуроксим;

• третьего поколения — цефиксим, цефотаксим, цефотетан, цефтриаксон, цефтизоксим;

• четвёртого поколения — цефоперазон, цефтазидим.

 

Карбапенемы (тинамицины): имипенем, меропенем.

 

Монобактамы: азтреонам.

 

Аминогликозиды:

• первого поколения — канамицин, мономицин, неомицин, стрептомицин;

• второго поколения — гентамицин, сизомицин, тобрамицин;

• третьего поколения — амикацин, нетилмицин, спектиномицин.

 

Тетрациклины

• природные — окситетрациклин, тетрациклин;

• синтетические — доксициклин, метациклин, миноциклин.

 

Макролиды:

• природные — джозамицин, мидекамицин, олеандомицин, эритромицин;

• полусинтетические — азитромицин, диритромицин, кларитромицин, рокситромицин, спирамицин.

 

Линкозамиды: клиндамицин, линкомицин.

 

Антибиотики пептидной структуры:

• полимиксины — колистин, полимиксин В, полимиксин М;

• гликопептиды — ванкомицин, ристомицин;

• бацитрацин.

 

2. Сульфаниламиды:

• короткого действия — норсульфазол, стрептоцид, сульфаэтидол, сульфацил-натрий, сульфадимезин, сульфазоксазол;

• средней продолжительности действия — сульфазин, сульфаметоксазол;

• длительного действия — сульфапиридазин, сульфадиметоксин, сульфамонометоксин;

• сверхдлительного действия — сульфаметоксипиразин, сульфадоксин.

 

3. Хинолоны: оксолиниевая кислота, налидиксовая кислота, пипемидиновая кислота.

 

4. Фторхинолоны: ломефлоксацин, норфлоксацин, ципрофлоксацин, офлоксацин, эноксацин, пефлоксацин.

 

5. Нитрофураны: нитрофурантоин, фуразолидон, фуразидин.

 

6. 8-Оксихинолины: нитроксолин, энтероседив.

 

7. Нитроимидазолы: метронидазол, орнидазол, тинидазол.

 

II. Противовирусные средства: амантадин, ремантадин, ацикловир, ганцикловир, зидовудин.

 

III. Противогрибковые средства

 

1. Полиены: амфотерицин В, леворин, нистатин.

 

2. Имидазолы бифоназол, миконазол, кетоконазол, клотримазол.

 

3. Триазолы: флуконазол.

 

4. Прочие: гризеофульвин, деквалиниума хлорид, тербинафин.

 

Б. Классификация по механизму действия

 

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.).

 

ВОПРОС 22