Вопрос 1. Открытие бактериофагов, бактериофагия, классификация бактериофагов, особенности взаимодействия с клеткой вирулентных и умеренных фагов, три состояния бактериофага

Полужидкие среды содержат гелеобразующее вещество в низкой (0,3 – 0,7 %) концентрации и имеют мягкую желеподобную консистенцию. Такие среды пригодны для изучения подвижности и хемотаксиса клеток, культивирования микроаэрофилов.

Сыпучие среды представляют собой массу в той или иной степени измельченного и увлажненного сырья (чаще всего, растительного). Основное их назначение – использование в пищевой промышленности (получение соевого соуса или рисовой водки), сельском хозяйстве (силосование кормов) и т. д. В бактериологической практике чаще всего используются сухие питательные среды, которые получают в промышленных масштабах – это триптические гидролизаты дешевых непищевых продуктов (рыбные отходы, мясокостная мука, технический казеин) с добавлением микробиологического агара. Сухие среды являются достаточно дешевым сырьем, могут храниться в течение длительного времени, удобны при транспортировке, имеют относительно стандартный состав, на их основе быстро и легко готовить питательные среды.

Положение микроорганизмов в системе живого мира

В природе имеются три царства: животные, растения и протисты. Между животными и растениями есть существенные различия: в способе питания (животные – гетеротрофы, растения – автотрофы), по строению клетки и клеточных оболочек, способности к активному передвижению, способности синтезировать определенные вещества.

Царство протистов – главным образом одноклеточные.

В соответствии с современными принципами классификации, все протисты в зависимости от строения клетки, делятся на эукариотические (истинноядерные) и прокариотические (доядерные). К эукариотическим микроорганизмам относятся водоросли, грибы и простейшие, к прокариотическим – бактерии. Выделяют особое царство – вирусы.

Т.о., микроорганизмы в таксономическом отношении это очень неоднородная группа, представители которой отличаются друг от друга морфологией, строением, физиологией, типами конструктивного и энергетического метаболизма, а также особенностями питания клетки, но общим их признаком являются малые размеры особей и одинаковая техника изучения.

Перечислим существенные особенности микроорганизмов :

1. Малые размеры их клеток. Это свойство определяет морфологические, физиологические, биохимические и другие особенности микроорганизмов.

2. Высокая метаболическая активность. У микроорганизмов из-за малых размеров очень велико отношение площади поверхности клетки к ее объему, что создает благоприятные условия для активного обмена с внешней средой. Показано, что метаболическая активность микроорганизмов в расчете на единицу биомассы намного выше, чем у более крупных клеток растений и животных.

3. Высокая пластичность их метаболизма.

Во-первых, данное свойство приводит к быстрому приспособлению к меняющимся условиям окружающей среды. Для микроорганизмов характерно большее разнообразие ферментных систем и более мобильные способы регуляции обмена веществ, чем для макроорганизмов. Из-за малых размеров, клетки микроорганизмов могут вместить в себя только несколько сотен тысяч белковых молекул. Поэтому ненужные в данных условиях существования ферменты не могут содержаться про запас в клетках микроорганизмов. Они синтезируются только тогда, когда соответствующее питательное вещество (субстрат) появляется в среде. Такие ферменты называются индуцибельными, они могут составлять до 10 % общего белка, содержащегося в клетке в данный момент времени.

Во-вторых, следствием высокой пластичности метаболизма микроорганизмов является, по определению В. И. Вернадского, их «всюдность». Микроорганизмы можно обнаружить в арктических областях, горячих источниках, высоких слоях атмосферы, шахтах с большим содержанием сероводорода и этим они отличаются от всех растений и животных, которые часто обитают лишь на отдельных континентах или в географических зонах.

4. Способность к быстрому размножению. В оптимальных условиях, например, бактерии Escherichia coli могут делиться каждые 20 мин.

5. Морфологически слабо дифференцированы. Среди них можно различить лишь ограниченное число форм. В основном это либо сферические формы, либо прямые и изогнутые палочки.Отсутствует дифференцировка на ткани и органы. Это также делает их непохожими на растения и животные.

6. Огромный контраст между внешним морфологическим единообразием и чрезвычайным многообразием метаболических процессов. В то время как животные и растения нуждаются в молекулярном кислороде, многие группы прокариот способны жить без доступа воздуха в анаэробных условиях, получая необходимую для роста энергию в результате брожения или анаэробного дыхания. Другие группы прокариот обладают способностью использовать энергию света и строят нужные им вещества либо из органических соединений, либо из углекислоты (двуокиси углерода). Некоторые бактерии могут получать энергию путем окисления различных неорганических соединений или элементов. Среди бактерий широко распространена также способность к фиксации молекулярного азота.

Вирусология

Вопрос 1. Открытие бактериофагов, бактериофагия, классификация бактериофагов, особенности взаимодействия с клеткой вирулентных и умеренных фагов, три состояния бактериофага

Бактериофаги (или просто фаги) − вирусы бактерий.

Бактериофагия – процесс взаимодействия фагов с бактериями, заканчивающийся очень часто их разрушением (от лат. bacteriophaga – пожирающий бактерии).

Явление бактериофагии открыл Ф. Туорт. В 1915 г. он наблюдал «остекленение» (лизис) колоний белого стафилококка. Полученный Туортом фильтрат биомассы таких колоний вызывал аналогичный эффект у свежевыросших нормальных колоний, а на газоне агаровых культур стафилококка вызывал появление точечных прозрачных (стерильных) участков.

Явление бактериофагии наблюдали многие ученые, но приоритет открытия фагов (1916) принадлежит Ф. Д'Эреллю – канадскому ученому, работавшему в Париже в Институте Пастера. Феликс Д'Эрелль задумался над вопросом: почему возбудитель дизентерии, высевающийся в ее начале в большом количестве, в конце заболевания очень часто перестает выделяться? Ученый к свежей бульонной культуре дизентерийной палочки стал добавлять по нескольку капель фильтрата испражнений больного. После одного из таких посевов Д'Эрелль обнаружил агент, способный разрушать дизентерийные бактерии. При добавлении к мутной бульонной культуре он вызвал ее просветление, а при добавлении к культуре, засеянной на плотную среду, появлялись прозрачные (стерильные) пятна - колонии. Способность вызывать такие пятна и размножаться при повторных посевах дали основание считать его живым корпускулярным агентом. Д'Эрелль назвал его Bacteriophagum intestinale, т. е. выделенный из кишечника пожиратель бактерий.

Последующие наблюдения показали, что бактериофаги распространены повсеместно. Они встречаются всюду, где есть бактерии - в почве, воде, кишечном тракте человека и животных, гнойных выделениях и т. п. Особенно много фагов в сточных водах; из этого источника можно выделить практически любой фаг.

Классификация бактериофагов

Фаги, как и вирусы позвоночных, беспозвоночных и растений, по содержанию нуклеиновых кислот подразделяются на ДНК- и РНК-содержащие, а по характеру взаимодействия с бактериями – на вирулентные и умеренные с полноценным и дефектным геномами.

По спектру действия на бактерии фаги подразделяются на

− поливалентные, лизирующие бактерии нескольких видов;

− монофаги, лизирующие бактерии только одного вида;

− типоспецифические фаги (типовые, Т-фаги), которые избирательно лизируют отдельные варианты бактерий внутри вида.

По способности вызывать инфекцию различают фаги инфекционные, т. е. способные вызвать разные формы фаговой инфекции, и неинфекционные (вегетативные), или незрелые фаги, находящиеся еще в стадии размножения. В свою очередь инфекционные фаги разделяют на покоящиеся (находящиеся вне клетки), вирулентные − способные вызвать продуктивную форму инфекции, и умеренные фаги − способные вызывать не только продуктивную, но и редуктивную фаговую инфекцию.

По размерам различают фаги мелкие, средние и крупные. Чем крупнее фаги, тем больше у них генов и сложнее их жизненный цикл. К самым маленьким относятся фаги М13 и φX174.

Выделяют пять основных морфологических типов бактериофагов:

─ тип I − ДНК-содержащие нитевидные фаги, лизирующие бактерии, содержащие F-плазмиды;

─ тип II − фаги, состоящие из головки и рудимента хвоста. Геном большинства из них образован молекулой РНК и лишь у фага φX174— однонитевой ДНК;

─ Типа III − фаги, имеющие короткий хвост (например, Т-фаги 3 и 7);

─ Тип IV − фаги с несокращающимся хвостом и двухнитевой ДНК (например, Т-фаги 1 и 5);

─ Типа V − фаги, имеющие ДНК-геном, сокращающийся чехол хвоста, который заканчивается базальной пластиной (например, Т-фаги 2 или 4).

Типичный бактериофаг может существовать в трех состояниях: профага, вегетативного фага и зрелого фага. В зрелом состоянии фаги (зрелый фаг) существуют вне клетки – хозяина, метаболически они инертны. После адсорбции на клетке-хозяине часть фаговой частицы проникает внутрь клетки, где начинает размножаться. Такая размножающаяся внутри клетки частица отличается во многих отношениях от зрелого фага; ее называют вегетативным фагом вследствие присущей ей почти безграничной способности к воспроизведению. Умеренные фаги, характеризуются способностью существовать в третьем состоянии – в состоянии профага, когда фаг вместо репликации обратимо взаимодействует с генетической системой клетки-хозяина, интегрируясь в хромосому или сохраняясь в виде плазмиды. Таким образом, вирусный геном реплицируется синхронно с ДНК хозяина и делением клетки, а подобное состояние фага называется профагом. Таким образом, профаг – внутриклеточное состояние фага в условиях, когда его литические функции подавлены.

Вопрос 2. Пути передачи вирусов животных и человека (вертикальная и горизонтальная передача), особенности эпидемиологии вирусных инфекций (источники инфекции, пути проникновения вирусов), классификация вирусных инфекций, эпидемический процесс

Экологическая ниша вирусов – это многокомпонентная система взаимосвязанных элементов, включающая клетку, организм, популяцию хозяина, переносчиков, другие вирусы и внешнюю среду. Для сохранения вируса как биологического вида необходима его последовательная передача от хозяина к хозяину. Передача происходит по горизонтальному и вертикальному направлениям, что имеет место не только в популяциях человека и животных, но и среди бактерий, насекомых, растений, грибов.

Горизонтальная передача – рассеивание возбудителей среди восприимчивых хозяев с использованием различных механизмов и путей, во многом определяемых средой обитания и особенностями жизнедеятельности организма-хозяина.

Вертикальная передача – это передача возбудителя от родителей потомству, которая также может осуществляться различными путями, и предполагает сохранение вируса в ряду поколений.

Бактериофаги в природных условиях встречаются в тех местах, где есть чувствительные бактерии (в воде, почве, выделениях человека и животных), которые инфицируются вирусом при случайных контактах и распространяются водными потоками или путями, используемыми хозяином. Применение бактериофагов в качестве лечебных препаратов значительно увеличило интенсивность циркуляции вирусов бактерий в биосфере. Возможно распространение бактериофагов воздушным путем, что создает определенные трудности при работе с бактериальными культурами в научно-исследовательских лабораториях.

Вирусы насекомых инфицируют хозяина в процессе его питания и размножения. Различают трасспермальную, трансовариальную и трансстадийную (в процессе метаморфоза) передачи вируса. Распространяются вирусы в процессе миграций насекомых.

Распространение вирусов позвоночных осуществляется с использованием механизмов, которые реализуются различными путями, и часто включают внешнюю среду и промежуточных хозяев вируса. Важную роль в распространении вирусов играют миграционные процессы, наблюдаемые среди людей и животных.

Распространение вирусов в человеческой популяции имеет свои особенности. В соответствии с четырьмя основными типами локализации возбудителя в организме (дыхательные пути, желудочно-кишечный тракт, кровь, наружные покровы) выделены несколько механизмов передачи вирусов.

Трансмиссивный механизм – передача с помощью биологических переносчиков. При любом варианте такой передачи вирус черпается переносчиком из внутренних сред донора и внедряется во внутреннюю среду реципиента.

Парентеральный механизм – передача вирусов через кровь. Вирусы, циркулирующие в крови, могут передаваться в процессе переливаний крови, при использовании загрязненных шприцев и других медицинских инструментов (искусственный путь), в процессе сексуальных контактов (половой путь) и другими путями.

Алиментарный (энтеральный) механизм – вирус проникает через слизистые оболочки органов пищеварения. Разновидностью алиментарного механизма является фекально-оральный механизм передачи вируса.

Аэрогенный механизм –входными воротами инфекции являются слизистые органов дыхания. Реализуется воздушно-капельным или пылевым путем.

Контактный механизм – реализуется через кожные покровы. Такой механизм передачи могут использовать очень немногие вирусы. Так, например, вирус бешенства может проникать в организм животного и человека при ослюнении кожных покровов. Слюна собак содержит гиалуронидазу, которая облегчает проникновение вируса в кровь через кожу.

Вертикальный механизм – передача вирусов от матери плоду во время вынашивания и родов. Возбудитель может передаваться через плаценту, через околоплодные воды и оболочки, при прохождении плода через родовые пути матери.

Место проникновения возбудителя в организм человека или животного называется входными воротами инфекции.

Эпидемический процесс

Вирусные инфекции возникают при наличии трех звеньев эпидемического процесса: 1) источника-резервуара инфекции (человек и животное); 2) восприимчивых особей и 3) механизма педачи.

Различают три формы эпидемического процесса: спорадическую заболеваемость, эпидемии и пандемии. Спорадической называют заболеваемость, свойственную определенной местности и болезни в данный период времени. Под эпидемией понимают необычно высокий уровень заболеваемости, во много раз превышающий спорадическую. Очень интенсивные эпидемии, сопровождающиеся массовой заболеваемостью людей на обширных территориях, именуют пандемией. Привязанность вирусного заболевания к определенному региону называют эндемией или природно-очаговой инфекцией, не регистрируемые в данной местности инфекции – экзотическими (греч. exotikos - чужой) или завозными. Применительно к животному миру эпидемический процесс называют эпизоотическим, а эпидемии и пандемии - эпизоотиями.

Особенности вирусных инфекций. Так же как все другие инфекционные болезни, вирусные инфекции отличаются от соматических:

1) контагиозностью (заразительностью);

2) эпидемичностью (способностью распространяться);

3) передачей посредством специфического механизма;

4) специфичностью локализации возбудителя в определенных органах и тканях, в которых возникают характерные для определенной болезни патологические изменения;

5) неповторяемостью в результате возникновения иммунитета.

Существуют три основных возможных источника инфекции: человек (больной, реконвалесцент, бактерионоситель), животные и объекты внешней среды. В соответствии с этим различают вирусные болезни: антропонозные; зоонозные (от греч. zoon – животное и nosos — болезнь, ими болеют только животные, например, чума рогатого скота, чума свиней и другие); зооантропонозные (ими болеют и животные, и заражающиеся от них люди). Особенно важную роль в эпидемиологии кишечных инфекций играют инфицированные вода и пищевые продукты.