Первая. Общая микробиология. Глава место микроорганизмов среди

Вид материала

Документы

Содержание Влияние факторов внешней среды на микроорганизмы Влияние физических факторов Действие излучений. Неионизирующие излучения Осмотическое давление Высокое атмосферное давление Влияние биологических факторов Асептика, антисептика, дезинфекция, стерилизация Стерилизация сухим Стерилизация паром под давлением (автоклавирование). Стерилизация текучим Стерилизации ионизирующим излучением Физико-химические методы Глава 10. генетика микроорганизмов Изменчивость микроорганизмов Генетические рекомбинации Практическое значение учения о генетике микробов Генетическая инженерия Биологические препараты, полученные методом генетической инжене­рии

Подобный материал:

• Рабочая программа дисциплины «нормальная микрофлора человека» Код дисциплины по учебному, 110.88kb.
• 1. введение в микробиологию > 1 Предмет и задачи микробиологии. Основные свойства микроорганизмов, 1814.12kb.
• Рабочая программа дисциплины «роль микроорганизмов в жизни растений» Код дисциплины, 88.04kb.
• Рабочая программа дисциплины «экология микроорганизмов» Код дисциплины по учебному, 219.98kb.
• Рабочая программа дисциплины «жизнь микроорганизмов в экстремальных условиях» Код дисциплины, 123.41kb.
• Лекция 1 Введение. Основные принципы классификации микроорганизмов. Различия архебактерий,, 46.21kb.
• Контрольная работа по дисциплине Микробиология По теме Общая и специальная микробиология, 208.97kb.
• Методические указания к самостоятельной работе по изучению теоретического курса и выполнению, 956.38kb.
• Инфекционные болезни занимают значительное место среди всех болезней человека и среди, 120.88kb.
• Микробиология и вирусология, 32.27kb.

ГЛАВА 9.

ВЛИЯНИЕ ФАКТОРОВ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ НА МИКРООРГАНИЗМЫ

Находясь во взаимосвязи с различными объектами окружающей среды, микробы постоянно подвергаются ее воздействию.

На микроорганизмы оказывают влияние факторы внешней среды:

1) физические (температура, высушивание, излучения, ультразвук, осмотическое давление);

2) химические (различные вещества):

3) биологические (другие виды микробов и вирусы).

Влияние физических факторов

Температура. Следует различать 1) температурные условия, при которых микроорганизмы растут и размножаются и 2) температурные границы, при которых микроорганизмы остаются живыми. Понятно, что во втором случае диапазон температур шире.

1) В зависимости от температурных условий, которые требуют мик­роорганизмы для своего роста и размножения, различают три группы: психрофилы, растущие при низкой температуре, мезофилы - при сред­ней, и термофилы - при высокой температуре

Для психрофилов оптимальная температура для роста 10-15°С. ми­нимальная 0-5°С, максимальная 25-30°С. Большинство из них свободноживущие и паразиты холоднокровных животных, по есть и патогенные для человека, например, иерсинии, псевдомонады. Они разм­ножаются при температуре бытового холодильника и более вирулент­ны при низких температурах.

Мезофилы размножаются преимущественно в организме теплок­ровных животных и человека. Оптимальная температура для их роста 30-37°С, максимальная 43-45°С, минимальная 15-20°С. Большинство па­тогенных микроорганизмов относятся к мезофилам. В окружающей среде они обычно не размножаются, но могут сохраняться живыми.

Для термофилов оптимальная температура для роста 50-60°С, ми­нимальная равна 45°С максимальная 90°С. Термофильные бактерии живут в юрячей воде гейзеров. Они не размножаются в организме че­ловека.

2) Температурные зоны гибели микроорганизмов шире, чем тем­пературы, при которых они могут расти.

Микроорганизмы более чувствительны к высоким температурам, при которых наступает их гибель вследствие свертывания белков и повреждения ферментов. Вегетативные формы бактерии погибают при 60-80°С в течение часа, при 100°С - через 1 минуту. Споры бактерий устойчивы к 100°С, например, споры палочек столбняка и ботулизма выдерживают кипячение в течение нескольких часов. Для того, чтобы убить споры, создают температуру сухого жара 160-170°С, пара под давлением 120-134°С. Высокие температуры применяют при стерили­зации - обеспложивании различных материалов.

К низким температурам микроорганизмы более устойчивы. Мно­гие из них переносят замораживание. Холерный вибрион, сальмонел­лы, кишечная палочка могут сохраняться во льду. Особенно устой­чивы к низким температурам споры бактерий и вирусы. В то же время есть виды микробов, не переносящих температуры ниже 20°С: менингококки, гонококки, возбудители коклюша, сифилиса.

Высушивание. Вода необходима для нормальной жизнедеятель­ности микробов, так как питательные вещества поступают в клетку в растворенном виде. При недостатке воды рост микробов прекраща­ется, хотя некоторые их них остаются живыми в течение какого-то вре­мени. Чувствительны к высушиванию менингококки, гонококки, воз­будители сифилиса, коклюша, гриппа; устойчивы стафилококки, воз­будитель туберкулеза. Наиболее устойчивы споры бактерий, так как вода в них находится в связанном состоянии. Для сохранения живых микроорганизмов применяют метод лиофилизации - высушивание под вакуумом из замороженного состояния. Лиофилизированные живые культуры микроорганизмов, вакцины, биопрепараты в течение ряда лет сохраняются, не изменяя своих свойств.

Действие излучений. Ионизирующая радиация - гамма-излучение радиоактивных веществ и электроны высоких энергий - губительно дей­ствуют на микроорганизмы, хотя смертельные дозы для них выше, чем для животных и растений. Ионизирующие излучения применяют для стерилизации одноразовых пластиковых шприцев и посуды, пита­тельных сред, лекарственных препаратов.

Неионизирующие излучения - ультрафиолетовые лучи - повреждают микроорганизмы в большей степени, чем животных и растения. УФ-лучи повреждают геном микробных клеток, что приводит их к гибели. Для обеззараживания воздуха в лечебных учреждениях и в микробио­логических лабораториях применяются бактерицидные лампы ультра­фиолетового излучения.

Ультразвук при определенной частоте вызывает разрушение струк­туры микробных клеток вследствие образования кавитационных по­лостей и может применяться как метод обработки пищевых продуктов.

Осмотическое давление, его постоянство, имеет большое значение для жизни микробов. При повышении или понижении осмотического давления происходит разрыв клеточной мембраны и гибель клеток. По­вышенные концентрации солей задерживают развитие микроор­ганизмов, особенно гнилостных, что используется для сохранения впрок пищевых продуктов: овощей, грибов, рыбы, мяса. На том же принципе основано применение концентрированных растворов сахара в варе­нье, сиропах. Концентрированные растворы лекарственных средств растительного происхождения являются более стойкими сравнительно с разведенными растворами.

Высокое атмосферное давление не оказывает значительного дей­ствия на микроорганизмы.

Влияние химических факторов

Химические вещества, оказывающие антимикробное действие, при­меняются для дезинфекции - от des (французской приставки, оз­начающей отрицание) и inficere (лат. - заражать). С помощью де­зинфекции производится уничтожение возбудителей инфекционных бо-

лезней на зараженных объектах внешней среды.

Дезинфицирующие вещества являются общетоксическими ядами, в отличие от химеотерапевтическнх средств и антибиотиков, оказыва-ющих избирательное действие на микроорганизмы. Механизм действия дезинфицирующих веществ в основном заключастся в нарушении физи­ко-химической структуры микробной клетки

Окислители (хлор и его соединения, вещества, содержащие йод, пе­рекись водорода) обладают повышенной способностью окислять орга­нические соединения в микробной клетке, что приводит к ее гибели.

Вещества, свертывающие белок (фенол, крезол, гексахлорофен, лизол, спирты, соли тяжелых металлов, например, сулема), проникая в микробную клетку, вступают в соединение с ее белками, денатурируют их и таким образом нарушают жизненные функции микроорганизма.

Детергенты (поверхностно-активные вещества (ПАВ)) - вещества, обладающие высокой поверхностной активностью, моющим, а многие из них и антимикробным действием - мыла, моющие средства. Вы­сокой активностью обладают четвертичные аммониевые основания (ЧАО), вызывающие повреждение клеточной стенки бактерий, не про­никая внутрь клетки.

Некоторые металлы в незначительных количествах обладают вы­раженным антимикробным действием (серебро, медь, золото и другие). Объясняется это тем, что они выделяют в воду ноны Такое явление называют олигодинамическим действием (греч. oligos - малый). Доста­точно ничтожною количества ионов в жидкости, чтобы они концент­рировались на поверхности микробов и, изменив ее заряд с "-" на "+", оказывали антимикробное действие.

Выбор способа дезинфекции зависит от биологичсских свойств микроба и от той среды, в которой он находится. Например, сулема мало пригодна для дезинфекции белковых субстратов, таких как гной. кровь, мокрота. Под влиянием сулемы происходит свертывание бел­ков, и свернувшийся белок предохраняет микробов от действия дезин-фектанта. Этиловый спирт используют для обеззараживания рук, различных предметов, для консервации биологических объектом. Наи­более выражено бактерицидное действие 70%-ного спирта, поскольку чистый спирт вызывает свертывание поверхностных белков бактерий и не проникает внутрь клетки.

Значительным бактерицидным действием обладает гексахлорофен, причем грамположительные кокки более чувствительны к нему, чем грамотрицательнве палочки. Гексахлорофен применяется для обеззара­живания кожи в виде мыла, содержащею 2-5% этого вещества; для са­нации полости носа в виде мази, содержащей 1%, для санации носоглотки путем орошения с целью борьбы со стафилококковым носитель-cibom - 0,1%-ный раствор.

Влияние биологических факторов

Микроорганизмы в природе являются составной частью биоцено­за, развиваясь совместно с растениями, животными, другими видами бактерий, грибов, вирусов. Взаимоотношения различных микроорга­низмов между собой могут быть взаимовыгодными, например, при со­вместном культивировании дрожжей к молочнокислых бактерий они развиваются лучше, чем каждый в отдельности. Возможна стимуляция размножения одного микроорганизма другим. Например, размноже­ние палочки чумы усиливается в присутствии сарцин. Во многих слу­чаях один вид микробов в результате своей жизнедеятельности созда­ет благоприятные условия для развития другого вида. Например, раз­витие анаэробов в почве невозможно без аэробов, которые поглоща­ют кислород почвы.

В процессе эволюции у микробов выработались также антаго­нистические отношения. Молочнокислые бактерии являются антаго­нистами гнилостных микробов, бактерий дизентерии. Некоторые мик­роорганизмы вырабатывают вещества, угнетающие и убивающие микробов других видов, так называемые бактериоцины.

Явления антагонизма используются в медицине с целью получе­ния антибиотков и создания препаратов для бактериотерапии.

Асептика, антисептика, дезинфекция, стерилизация

Асептика - комплекс мероприятий, направленных на предупреж­дение попадания микробов в рану, или в пробирку с питательной сре­дой, в ампулу с лекарственным средством и т.д.

Антисептика - способ обеззараживания ран, операционного поля, рук хирурга, а также воздействие на инфекцию в организме пациента с помощью химических веществ - антисептиков.

Дезинфекция - уничтожение патогенных микробов в окружающей среде и различных объектах с целью прервать путь передачи и распро­странения инфекционного заболевания. Для дезинфекции используют химические вещества, лучевые и другие воздействия.

Стерилизация - процесс, направленный на полное уничтожение всех микроорганизмов в каком-либо объекте. Для стерилизации используют физические, химические методы и их сочетание.

К физическим способам относятся: стерилизация высокой тем­пературой, УФ-облучением, ионизирующим излучением, ультразвуком, фильтрованием через бактериальные фильтры.

Наиболее часто применяют следующие методы

Стерилизация высокой температурой

Прокаливание на огне. Это надежный метод стерилизации, но он имеет ограниченное применение из-за порчи предметов. Таким спосо­бом стерилизуются бактериологические петли.

Стерилизация сухим жаром. Проводится в печи Пастера (сухожа------

ровый шкаф) при температуре 160-170°С в течение 1-го часа. Этим способом стерилизуют лабораторную стеклянную посуду, пипетки, за­вернутые в бумагу, пробирки, закрытые ватными пробками. При тем­пературе выше 170°С начинается обугливание бумаги, ваты, марли.

Стерилизация паром под давлением (автоклавирование). Наиболее универсальный метод стерилизации. Проводится в автоклаве - водо-паровом стерилизаторе. Принцип действия автоклава основан на за­висимости температуры кипения воды от давления.

Автоклав представляет собой двустенный металлический котел с герметически закрывающейся крышкой. На дно автоклава наливают воду, в рабочую камеру помещают стерилизуемые предметы, закрыва­ют крышку, сначала не завинчивая ее герметически. Включают наг­ревание и доводят воду до кипения. Образующийся при этом пар вы­тесняет из рабочей камеры воздух, который выходит наружу через от­крытый выпускной кран. Когда весь воздух будет вытеснен, и из крана пойдет непрерывной струей пар, кран закрывают, крышку закрывают герметически. Доводят пар до нужного давления под контролем мано­метра. Температура пара зависит от давления: при нормальном ат­мосферном давлении стрелка манометра стоит на 0 атм. - температура пара 100°С, при 0,5 атм. - 112°С, при 1 атм. -121°С, при 1,5 атм. - 127°С, при 2 атм. - 134°С. По окончании стерилизации автоклав отключают, ждут, пока давление не снизится, выпускают постепенно пар и откры­вают крышку. Обычно при давлении 1 атм. в течение 20-40 минут сте­рилизуют простые питательные среды и растворы, не содержащие бел­ков и углеводов, перевязочный материал, белье. Стерилизуемые мате­риалы должны быть проницаемы для пара. При стерилизации матери­алов в больших объемах (хирургические материалы) время увеличива­ют до 2 часов. При давлении 2 атм. производят обеззараживание па­тологического материала и отработанных культур микробов.

Питательные среды, содержащие сахара, нельзя стерилизовать при 1 атм., так как они карамелизуются, поэтому их подвергают дробной стерилизации текучим паром, или автоклавированнию при 0,5 атм.

Для контроля режима стерилизации применяются биологический и физический методы. Биологичесжй метод основан на том, что од­новременно со стерилизуемым материалом помещают споры Bacillus stearothermophilus, которые погибают при 121°С за 15 минут. После проведения стерилизации споры не должны дать рост на питательной среде. Физический метод основан на применении веществ, имеющих определенную точку плавления, например, серу (119°С), бензойную кислоту (120°С). Запаянные трубки, содержащие вещество в смеси с сухим красителем (фуксин) помещают в автоклав вместе со стерилизу­емым материалом. Если температура в автоклаве достаточна, веще­ство расплавится и окрасится в цвет красителя.

Стерилизация текучим паром_проводится в аппарате Коха или в автоклаве при незавинченной крышке и открытом выпускном кране. Воду в аппарате нагревают до 100°С. Образующийся пар проходит через заложенный материал и стерилизует его. Однократная обработка при 100°С не убивает споры. Поэтому применяют дробный метод сте­рилизации - 3 дня подряд по 30 минут, в промежутках оставляя на сут­ки при комнатной температуре. Прогревание при 100°С вызывает теп­ловую активацию спор, вследствие чего они прорастают до следующе­го дня в вегетативные формы и погибают при втором и третьем про­гревании. Вследствие этого стерилизация текучим паром могут под­вергаться только питательные среды, т.к. для прорастания спор необ­ходимо наличие питательных веществ.

Для материалов, разрушающихся при 100°С (например, сыворот­ки, питательные среды, содержащие белок) применяют другой вид дроб­ной стерилизации - тиндализацию. Стерилизуемый материал прогревают на водяной бане при 56-60°С в течение 5-6 дней подряд - в первый день в течение 2 часов, в остальные дни по 1 часу.

Стерилизация облучением

УФ-лучи. Лампы ультрафиолетового излучения используют для обез­зараживания воздуха лечебных учреждений, бактериологических бок­сов и лабораторий, а также для стерилизации жидкостей с помощью особых аппаратов.

Стерилизации ионизирующим излучением подвергаются в меди­цинской и микробиологической промышленности разнообразные объекты: лекарственные средства, перевязочные материалы, шелк, хирургические перчатки, одноразовые шприцы, пластмассовые труб­ки для внутривенного введения и многие другие материалы.

Применение ионизирующей радиации имеет ряд преимуществ пе­ред тепловой стерилизацией. При стерилизации с помощью ионизиру­ющего излучения температура стерилизуемого объекта поднимается незначительно, в связи с чем такие методы называют холодной сте­рилизацией. При стерилизации в больших масштабах может быть соз­дан конвейер. Материалы стерилизуют в упакованном виде. Имеется два вида оборудования для облучения - гамма-установки с кобальтом-60 и ускорители электронов.

Химическая и физико-химическая стерилизация

Химическую стерилизацию применяют для обработки рук хирурга, операционного поля пациента, хирургических инструментов и перча­ток, анестезирующих масок. Применяют некоторые дезинфицирующие средства, хлоргексидин и многие другие вещества.

Газовую стерилизацию проводят с помощью таких веществ, как окись этилена, метилбромид, окись пропилена, формальдегид, глютаральдегид, бета-пропиолактан, озон и другие. Такие вещества вво­дят в небольшое замкнутое пространство (автоклав, специальный кон­тейнер), куда предварительно помещают стерилизуемые объекты. Га­зовая стерилизация - более сложный процесс, чем стерилизация с по­мощью высокой температуры и требует более строгого контроля.

Для упаковки объектов применяют материал, через который легко проходят газ и влага, но не проходят мелкая пыль и микроорганизмы. Лучше всего применять прозрачные полимерные пленки, через которые можно видеть предметы, не нарушая целостности упаковки. При прове­дении биологического контроля газовой стерилизации применяются ма­териалы, содержащие лиофилизированные живые культуры золотисто­го стафилококка, кишечной палочки и споры сенной палочки.

После стерилизации для удаления газа камеры продувают сте­рильным воздухом, а затем выдерживают стерилизованный материал в течение нескольких суток. Проводится контроль остаточной кон­центрации газа в материале, так как газы токсичны,

Физико-химические методы - это сочетание физических и хими­ческих воздействий на микроорганизмы, например, действие дезин­фицирующего вещества и нагревания.

Методы частичного обеспложивания

Кипячение - применяется для обработки шприцев, игл, инструмен­тов. Стерилизацию проводят в течение 30 минут в специальных стери­лизаторах для инструментов, в воду для устранения ее жесткости и по­вышения температуры кипения рекомендуется добавить 1-2% бикарбо­ната натрия. При кипячении споры бактерий не погибают, поэтому для стерилизации питательных сред этот способ не применяется. Подлежа­щие кипячению инструменты подвергаются обработке специальными мющими растворами для удаления крови и т.п.

Пастеризация._Метод был предложен Пастером для частичного обеспложивания жидкостей, теряющих свои качества под действием высокой температуры. Применяется для обработки вина, молока, дру­гих пищевых продуктов. При прогревании жидкости при 50-60°С в те­чение 30 минут, 70-80°С 5-10 минут и 90°С 2 минуты погибает большин­ство бесспоровых микробов. Споры остаются живыми. Поэтому во избежание их прорастания пастеризованный продукт необходимо хра­нить в холодильнике.

Холодная стерилизация

Фильтрование - освобождение жидкостей от микробов, применяется в тех случаях, когда материал не может быть подвергнут нагреванию. Фильтры должны быть настолько мелкопористыми, чтобы задерживать микробы. Бактериальные фильтры изготавливаются из мелкопористых веществ в виде фарфоровых свечей, асбестовых пластинок Зейтца или мембранных фильтров. Фильтрование производят, создавая с помощью насоса разрежение в приемнике. Перед употреблением фильтрующее устройство должно быть простерилизовано. Вирусы проходят через бак­териальные фильтры, поэтому метод фильтрования можно отнести к ме­тодам частичного обеспложивания. Этот метод используют не только для стерилизации питательных сред и растворов, но и для того, чтобы освободить от микробов токсины, антибиотики, бактериофаги, вирусы.


ГЛАВА 10. ГЕНЕТИКА МИКРООРГАНИЗМОВ

Организация генетического материала у бактерий. Генотип и фенотип

Материальной основой наследственности бактерий является ДНК. По сравнению с геном ом эукариотов геном бактерий устроен более просто - это молекула ДНК, замкнутая в кольцо, которое прикреплено к одной из мезосом. В отличие от парных хромосом эукариотов, у бак­терий одна хромосома, то есть гаплоидный набор генов, поэтому у них нет явления доминантности.

Кроме хромосомы, у бактерий имеются внехромосомные генети­ческие элементы - плазмиды. Это молекулы ДНК, которые или нахо­дятся вне хромосомы, в автономном состоянии, в виде колец, прик­репленных к мезосомам, или встроены в хромосому (интегрированное состояние). Плазмиды придают бактерии дополнительные наследс­твенные признаки, но не являются обязательными для нее. Плазмида может быть элиминирована (удалена) из бактерии, что не влияет на ее жизнеспособность.

В настоящее время известно свыше 20 типов плазмид у бактерий. Назовем некоторые из них :

F-плазмида, фактор фертильности (лат. fertilis - плодовитый), или половой фактор, определяет способность бактерий к образованию по­ловых ворсинок и к конъюгации.

R-плазмиды определяют резистентность бактерий к лекарственным средствам. Передача R-плазмид от одних бактерий к другим приводит к быстрому распространению лекарственноустойчивых бактерий.

Col-плазмиды кодируют синтез бактериоцинов - антибактериаль­ных веществ, вызывающих гибель других бактерий того же илиродственных видов. Впервые они были обнаружены у Escherichia соН,отсюда и их название - колицины. Известны бактериоцины стафи­лококков (стафилоцины), палочек чумы (пестицины) и других бакте­рий. Наличие плазмиды бактериоциногенности придает бактериям се­лективные преимущества в биоценозах. Это может иметь для организ­ма человека положительное значение, если колицины кишечной палоч­ки губительно действуют на патогенные энтеробактерии, и отрицатель­ное, если бактериоцины продуцируются патогенными микробами.

Ent-плазмиды определяют продукцию энтеротоксина. Н1у-плаз-мида - гемолитическую активность.

Дополнительными генетическими элементами являются также профаги - геномы умеренных фагов, которые, встраиваясь в хромосому бак­терии, могут придавать ей определенные свойства. Например, tox-гены, кодирующие образование экзотоксинов коринебактерий дифтерии, клостридий ботулизма и др.

Генотип - это общая сумма генов микроба. В отношении микро­организмов "генотип" означает то же, что "геном".

Фенотип - это весь комплекс свойств микроба, проявление генотипа в определенных, конкретных условиях существования.

Генотип - это возможные способности клетки, а фенотип - видимое их проявление.

Гены, ответственные за синтез какого-то соединения, обозначают строчными буквами латинского алфавита по названию соединения, например, при наличии гена, кодирующего синтез лейцина, - ieu⁺, при отсутствии - leu^-. Гены, ответственные за резистентность к лекарствен­ным средствам, бактериофагам, ядам, обозначают буквой г (лат. resistentia), а чувствительные - буквой s (лат. sensitiv - чувствительный). Например, чувствительность к стрептомицину обозначают str⁵, резис­тентность str^r. Фенотип бактерий обозначается теми же знаками, но с прописной буквы: соотвественно Leu⁺, Leir, Str¹, Str⁸.

Изменчивость микроорганизмов

Наследственность - способность сохранения постоянства спе­цифических свойств организма на протяжении ряда поколений, то есть способность воспроизводить себе подобных.

Изменчивость - различие в свойствах между особями одного вида. Различают изменчивость наследственную и ненаследственную.

Ненаследственная или фенотипическая изменчивость (модифика­ции) не затрагивает геном микроба, не передается по наследству. Мо­дификации возникают в ответ на изменяющиеся условия окружающей среды. При устранении фактора, вызвавшего модификацию, измене­ние исчезает. Например, кишечная палочка только в присутствии лактозы продуцирует ферменты, разлагающие этот углевод. Стафило­кокки образуют фермент, разрушающий пенициллин, только в присут­ствии этого антибиотика. Примером модификаций является также образование L-форм бактерий под действием пенициллина и возврат к исходной форме после прекращения его действия.

Наследственная или генотипическая изменчивость возникает в ре­зультате изменения самого генома. Изменение генома может наступить в результате мутаций или рекомбинаций.

Мутации (лат. mutatio - изменение) - изменение последовательности нуклеотидов в молекуле ДНК, в результате которого происходит появ­ление или потеря признака. Таким признаком может быть способность синтезировать какую-либо аминокислоту или резистентность к анти­биотику.

По происхождению мутации могут быть спонтанными или индуци­рованными. Индуцированные мутации получают в эксперименте под влиянием мутагенов: радиации, некоторых химических веществ. Спон­танные мутации возникают под влиянием естественных факторов. Ча­стота спонтанных мутаций невелика, в среднем 1 на 10 млн. Об-


разевавшиеся микробы называют мутантами. Если возникшая мута­ция выгодна для микроба и создает для него преимущества в определен­ных условиях среды, то мутанты выживают и дают многочисленное потомство. Если же мутация не создает преимуществ, мутанты поги­бают.

Мутации микроорганизмов могут иметь важное практическое зна­чение. Получены штаммы-мутанты грибов и актиномицетов, являю­щиеся продуцентами антибиотиков во много раз более активных, чем исходные культуры. Из мутантов с ослабленной вирулентностью мо­гут быть получены вакцинные штаммы для получения живых вакцин.

Диссоциация бактерий (лат. dissociatio - расщепление) - одно из про­явлений мутаций. В популяции микроорганизмов появляются особи, вырастающие при посеве на плотную питательную среду в виде глад­ких S-форм и шероховатых R-форм колоний (англ, smooth - гладкий, rough - шероховатый). S-формы колоний - круглые, влажные, с глад­кой блестящей поверхностью, с ровными краями. R-формы колоний неправильной формы, сухие, с изрезанными краями и шероховатой поверхностью.

Процесс диссоциации, то есть расщепления особей в популяции, обычно протекает в одном направлении: от S- к R-форме, иногда через промежуточные формы. У большинства видов бактерий вирулентны­ми являются S-формы. Исключение составляют возбудители,чумы, си­бирской язвы, туберкулеза.

Генетические рекомбинации

Генетические рекомбинации - (лат. recombinatio - перестановка) у бак­терий - это передача генетического материала (ДНК) от клетки-донора к клетке-реципиенту, в результате появляются рекомбинанты с новыми свойствами.

Известны три типа генетичес­ких рекомбинаций: трансформа­ция, трансдукция, конъюгация (рис.11, табл. 2).

Трансформация (лат. transforma-tio - превращение) - передача ДНК в виде свободного растворимого ве­щества, выделенного из клетки до­нора, в клетку реципиента. При этом рекомбинация происходит, если ДНК донора и реципиента родствен­ны друг другу, и может произойти обмен гомологичных участков сво­ей и проникшей извне ДНК. Впер­вые явление трансформации открыл Ф. Гриффите в 1928 г. Он ввел мы­шам живой невирулентный бескап-

сульный штамм пневмококка и одновременно убитый вирулентный кап-сульный штамм пневмококка Мыши погибли, из их крови была выделе­на живая культура вирулентного капсульного пневмококка Сам Гриф­фите считал, что трансформация произошла путем поглощения невиру­лентным пневмококком капсульного вещества вирулентного штамма Позже, в 1944 г О Эвери, К Мак Леод и М Мак-Карти доказали, что трансформирующее вещество - это ДНК, которая является носителем генетической информации Гак впервые была доказана роль ДНК как материального субстрата наследственности

Трансдукция (лат transductio - перенос) - передача ДНК от бакте­рии-донора к бактерии-реципиенту с помощью бактериофага Разли­чают неспецифическую трансдукцию, специфическую и абортивную

При неспецифической трансдукции может быть перенесен любой фрагмент ДНК донора При этом ДНК донора попадает в головку бак­териофага, не включаясь в его геном Принесенный бактериофагом фрагмент ДНК донора может включиться в хромосому реципиента Та­ким образом, бактериофаг в этом случае является только переносчиком ДНК, сама фаговая ДНК не участвует в образовании рекомбинанта

При специфической трансдукции гены хромосомы донора замеща­ют собою некторые гены бактериофага В клетке реципиента фаговая ДНК вместе с фрагментом хромосомы донора включается в строго оп­ределенные участки хромосомы реципиента в виде профага Реципи­ент становится лизогенным и приобретает новые свойства

Трансдукция называется абортивной, если фрагмент ДНК, при­несенный бактериофагом, не вступает в рекомбинацию с хромосомой реципиента, а остается в цитоплазме и может кодировать синтез како­го-то вещества, но не реплцируется при делении, передается только одной из двух дочерних клеток и затем утрачивается.

Конъюгация (лат. conjugatio - соединение) - это переход ДНК из клетки-донора ("мужской") в клетку-реципиент ("женскую") через по­ловые пили при контакте клеток между собой. Донором является "муж­ская" клетка (F⁺-клетка), она содержит F-фактор - половой фактор, который кодирует образование половых пилей. Клетки, не содержа­щие F-фактора (F^--клетки), являются женскими. При конъюгации клет­ки-доноры соединяются с клетками-реципиентами с помощью F-пилей, через которые происходит переход ДНК. Если клетка-реципиент полу­чает F-фактор, она становится "мужской" F⁺-клеткой.

Если F-фактор включен в хромосому, то бактерии способны пе­редавать фрагменты хромосомы и называются Hfr-клетками (англ, high frequency of recombination - высокая частота рекомбинации). При конъ­югации хромосома разрывается в месте нахождения F-фактора и реплицируется, причем одна нить ДНК передается в клетку реципиента, а ко­пия остается в клетке донора. F-фактор включается в хромосому в опре­деленном ее участке, поэтому перенос отдельных генов хромосомы со­вершается в строго определенное время. Таким образом, прерывая про­цесс конъюгации через разные промежутки времени путем встряхива­ния взвеси бактерий, можно выяснить, какие признаки передаются за это время. Это позволяет построить карту хромосомы, то есть последо­вательность расположения генов в хромосоме. Перенос всей хромосомы может длиться до 100 минут. F-фактор при этом переносится последним.

Особенности генетики вирусов

Модификации. Ненаследуемые изменения у многих вирусов про­исходят в результате включения в состав их внешней оболочки липидов и углеводов клеток хозяина, в которых вирус репродуцируется.

Мутации. Спонтанные мутации возникают в результате ошибок при репликации генома вируса. Индуцированные мутации происхо­дят под действием мутагенов. Одни из них (азотистая кислота) влияют на внеклеточный вирион, другие (акридин, аналоги азотистых осно­ваний) - на процесс репликации вирусной нуклеиновой кислоты в клет­ке. Мутанты отличаются от исходных вирусов по строению и величине бляшек, которые они образуют в культуре клеток, по антигенам, по чувствительности к температуре.

Рекомбинации. При одновременном паразитировании двух виру­сов в одной клетке хозяина возможен обмен генетическим материалом между ними. В результате генетической рекомбинации происходит об­мен участками HK между разными вирусами, и образуются рекомбинанты, обладающие генами двух исходных вирусов. Вирус гриппа имеет геном, состоящий из восьми фрагментов РНК. При одновремен­ной репродукции в одной клетке двух разных вирусов гриппа между ними может происходить обмен генами. Образовавшинеся рекомби-нанты будут представлять собой новый тип вируса гриппа.

При одновременном паразитировании двух видов вируса в одной клетке в момент формирования зрелых вирионов возможно фенотипическое смешивание, когда геном одного вируса одевается капсидом другого вируса (феномен транскапсидации). Так, например, известны случаи, когда геном вируса иммунодефицита человека (ВИЧ) оказыва­ется включенным в белковый капсид другого вируса. В результате та­кой вирус приобретает способность поражать такие виды клеток, ко­торые были нечувствительны к исходному вирусу.

Практическое значение учения о генетике микробов

При микробиологической диагностике инфекционных заболева­ний возникают затруднения в определении вида атипичных микробов, например, бактерий дизентерии, не агглютинирующихся сыворотка­ми. Для их идентификации приходится применять другие методы.

В процессе лечения больных инфекционными болезнями создают­ся препятствия в виде устойчивости возбудителей к антибиотикам, и требуются специальные методы для преодоления лекарственной ус­тойчивости. Селекция в условиях стационаров штаммов микроорга­низмов, обладающих множественной лекарственной устойчивостью и высокой вирулентностью для человека, привело к формированию так называемых «госпитальных» штаммов, вызывающих внутрибольничныс инфекции. Такие штаммы известны среди стафилококков, а также среди сальмонелл и других грамотрицательных палочек.

Методами направленной мутации и селекции получены живые вак­цины, с успехом применяющиеся для профилактики инфекционных бо­лезней.

Достижения молекулярной генетики используются для современ­ных методов идентификации микробов: методы индикации нуклеино­вых кислот, полимеразная цепная реакция (ПЦР). Полимеразная цеп­ная реакция является высокочувствительной реакцией, т.к. позволяет увеличить число копий исследуемой цепи ДНК в сотни тысяч раз за несколько часов. ПЦР может быть использована особенно тогда, ког­да в исследуемом материале имеется очень малые концентрации воз­будителя или трудно выделить чистую культуру, а также при его высо­кой антигенной изменчивости.

Генетическая инженерия

Генетическая инженерия основана на создании рекомбинантных организмов, содержащих встроенные в их хромосому гены, кодирую­щие продукцию необходимых для производства соединений.

Последовательные этапы рекомбинации:

1) получение ДНК. Участки ДНК, то есть гены, кодирующие син­тез необходимого вещества, выделяют из хромосомы путем разреза­ния ферментами (рестриктазами). В некоторых случаях удается по­лучить методом химического синтеза небольшие гены, аналогичные природным;

2) полученный ген (отрезок ДНК) с помощью ферментов (лигаз) соединяют ("сшивают") с другим отрезком ДНК, который будет слу­жить вектором для встраивания гибридного гена в клетку. В качестве вектора можно использовать плазмиды, бактериофаги, вирусы;

3) вектор, несущий встроенный в него ген, встраивается в бакте­риальную или животную клетку, которая приобретает способность продуцировать не свойственное этой клетке вещество. В качестве та­ких реципиентов используют клетки Е. coli, P. aeruginosa, дрожжи, ви­рус осповакцины. Подбирая подходящего реципиента, учитывают вы­раженность синтеза необходимого вещества. Некоторые штаммы бак­терий, получивших чужой ген, способны переключать половину свое­го потенциала на синтез соединения, кодируемого этим геном. Учиты­вается также возможность секреции вещества в окружающую среду, возможность культивирования в промышленных масштабах, экологи­ческая безопасность.

Биологические препараты, полученные методом генетической инжене­рии: интерфероны, интерлейкины, инсулин, гормон роста, вакцина про­тив гепатита В, антигены ВИЧ для диагностики и другие препараты.

Методы генетической инженерии перспективны:

- для получения антигенов с целью диагностики заболеваний, воз­будители которых или не культивируются на питательных средах (си­филис, малярия) или опасны для культивирования;

- для получения препаратов, сырье для которых дорогостоящее или дефицитное: интерфероны, инсулин, гормон роста, интерлейкины и дру­гие цитокины, регулирующие иммунитет, а также антитела.