Инновационный евразийский университет

Вид материала

Документы

Подобный материал:

• Инновационный евразийский университет, 488.5kb.
• Инновационный евразийский университет, 532.1kb.
• Инновационный евразийский университет, 610.7kb.
• Инновационный евразийский университет, 239.44kb.
• Инновационный евразийский университет, 1053.63kb.
• Инновационный евразийский университет, 549.05kb.
• Инновационный евразийский университет, 512.08kb.
• Инновационный евразийский университет, 472.82kb.
• Инновационный евразийский университет, 606.38kb.
• Инновационный евразийский университет, 401.87kb.

физические;

химические;

биологические.

Температура

Жизнь организмов определяется температурой больше, чем каким-либо фактором внешней среды, в связи с тем, что все организмы построены из химических компонентов и все процессы жизни происходят на основе химических реакций, подчиненных законам термодинамики. Температура действует не только на скорость химических реакций, но также является причиной структурной перестройки протеинов, фазовых перемещений жиров, изменения структуры воды. Температурная амплитуда биохимической активности относительно мала в связи со специфическими свойствами биомолекул.

Витальная температурная зона, в пределах которой осуществляется активная жизнедеятельность микроорганизмов, за некоторым исключением, укладывается в рамки от 0^o до 50-60^o С. Нижняя граница активной жизнедеятельности микроорганизмов лимитируется, прежде всего, капельно-жидкой водой, постоянным потоком которой в клетке поддерживается трехмерность белковых молекул и других структурных носителей жизни и протекающие процессы ассимиляции и диссимиляции. Поэтому кристаллизация воды в омывающих жидкостях и клетках служит критическим порогом их жизни. Однако, если верхний порог витальной зоны, который определяется тепловой коагуляцией белков, довольно узок, то нижняя граница зоны жизнедеятельности более широка и «размыта», вследствие многих прямых и косвенных адаптаций к сохранению части воды в жидком состоянии, выработавшихся у организмов в процессе эволюции.

По отношению к температурным условиям микроорганизмы разделяют на мезофильные, психрофильные и термофильные. Деление бактерий на указанные группы довольно условно, так как температурные диапазоны их роста значительно перекрываются.

Большинство известных видов относится к мезофилам, у которых оптимальные температуры роста лежат между 3^o С и 40^{o С}, а температурный диапазон, в котором возможен рост находится между 10 и 45-50^o.С.

Группу термофилов делят на 4 подгруппы:

1. Термотолерантные виды растут в пределах от 10 до 55 – 60^o, оптимальная область лежит при 35 - 40^o.

2. Факультативные термофилы имеют максимальную температуру роста между 50 и 65^o, но способны также к размножению при комнатной температуре (20^o). К облигатным термофилам относят виды, обнаруживающие способность расти при температурах около 70^o и не растущие ниже 40^o.

3. Обнаружены прокариоты, выделенные в подгруппу экстремальных термофилов. Для них характерны следующие температурные параметры: оптимум в области 80 –105^o, минимальная граница роста 60^o и выше, максимальная – до 110^o. К экстримальным термофилам относятся организмы из группы архебактерий, не имеющие аналогов среди мезофилов, например представители родов Thermoproteus, Pyrococcus, Pyrodictium и др.

Организмы, способные образовывать тепло внутри своего тела с помощью различных физиологических и биохимических механизмов, называют эндотермными (эндотермы), а организмы, температура тела которых полностью зависит от температуры окружающей среды, т.е. определяется внешними источниками тепла – эктотермными (эктотермы).Поддержание постоянства метаболизма у эктотермных организмов при смене температуры обитания названо температурной компенсацией.

Влажность

Важнейшим фактором поддержания жизни в микробной клетке является вода, в растворах которой протекают все процессы, составляющие жизнь. При высушивании микроорганизмов часть клеток погибает. Клетки же, перенесшие высушивание, переходят в состояние анабиоза. Возможность сохранения бактериями жизнеспособности при высушивании определяется множеством факторов, в том числе зависит от температуры, рН, солевого состава среды и т.п. Обычно формы с мелкими клетками устойчивее, чем крупноклеточные формы; кокки устойчивее палочек. Клетки с толстой клеточной стенкой, в том числе большинство грамположительных бактерий, устойчивее к высушиванию, чем грамотрицательные бактерии и тем более микоплазмы. Особенно высокой устойчивостью к высушиванию характеризуются микобактерии, клетки которых окружены массивными клеточными стенками, содержащими большое количество липидов. Бактериальные цисты и споры устойчивее к высушиванию, чем вегетативные клетки.

При изготовлении биологических препаратов и сохранения чистых культур микроорганизмов пользуются методом лиофилизации (быстрое замораживание с последующим высушиванием под низким давлением).

Действие излучения

Солнечный свет может вызывать сильный антимикробный эффект. Так, более 99,9% клеток штамма Escherichia coli с нарушенными репарационными механизмами погибают после облучения солнечным светом в течение трех минут. При этом более 80% летальных повреждений связаны с действием света длиной волны менее 312 нм. Действие видимого света ответственно менее чем за 1% летальных повреждений. Видимый свет длиной волны 450 нм индуцирует замены пар оснований и мутации сдвига рамки у E. coli. Световые волны длиной 550 нм и особенно 410 нм вызывают фотолизис клеток Myxococcus xanthus.

Ультрафиолетовые лучи и ионизирующее излучение. Ближний ультрафиолет (УФ) – излучение с длинной волн 400 – 320 нм – даже в невысоких дозах оказывает на бактерий определенное действие.

Резистентность организма к солнечной радиации, как правило, соответствует его устойчивости к неионизирующему излучению от искусственных источников. ДНК интенсивно поглощает УФ в области 240 – 300 нм, т.е. в области среднего и дальнего УФ, с пиком поглощения в области 254 нм. Этим объясняется высокая мутагенная и летальная эффективность облучения средним и дальним УФ.

УФЛ широко применяются в производственной деятельности человека для обеззараживания воздуха помещений (родильные дома, операционные, животноводческие помещения, промышленные цеха производства антибиотиков, лабораторные боксы), воды, отходов производств. Ионизирующее излучение составляет определенный компонент естественной радиации, определяемый нестабильными изотопами, постоянно находящимися в почве, атмосферных осадках. В областях залегания радиоактивных минералов естественный фон радиации повышен. Изотопы могут попадать в живые организмы и тогда они подвергаются внутреннему облучению.

Ионизирующее излучение используется для стерилизации биопрепаратов, перевязочного материала, инструментов. Действие лазера вызывает у микроорганизмов в зависимости от дозы облучения изменения морфологических и биохимических свойств, вплоть до утраты жизнеспособности. Гибнут бактерии при воздействии лазера длинной волны около 700 нм с энергией 200 Дж. При этом происходит денатурация белка и повреждение нуклеиновых кислот.

Ультразвук

Поскольку бактерии обладают относительно малой массой и жесткой оболочкой, низкочастотные колебания (зона звуковых колебаний 100 – 10000 Гц) действует на них в очень слабой степени. Если же бактерии погрузить в жидкость, в которой распространяются высокочастотные колебания (т.е. ультразвук), то бактерии разрушаются и погибают. Ультразвуковые колебания обычно создают в жидкостях при помощи вибрирующих никелевых или кварцевых дисков. В результате ультразвукового воздействия наблюдаются биохимические и функциональные изменения, не приводящие к гибели организма. Так, под воздействием УЗ могут высвобождаться в клетке биологически активные вещества (витамины, ферменты и пр.), а также появляться нехарактерные микроорганизму ферменты

Ультразвук используют для получения отдельных клеточных компонентов, для изучения их структуры и функций, для стерилизации субстратов, повреждающихся при тепловой обработке.

Концентрация ионов водорода

Кислотность среды является важным фактором, определяющим существование в ней прокариот.

Для подавляющего большинства прокариот оптимальной является среда, близкая к нейтральной. Такие организмы называют нейтрофилами. однако рост многих нейтрофилов возможен в средах, значение рН которых лежит в диапазоне от 4 до 9. Типичными нейтрофилами являются штаммы Streptococcus faecalis и многие патогенные бактерии. Многие нейтрофилы способны расти или выживать при значениях рН, лежащих за пределами указанного диапазона. Такие прокариоты считаются кислото- или щелочеустойчивыми – толерантными. К кислотоустойчивым относятся многие грибы, микобактерии. Щелочетолерантны, т.е. устойчивы к значениям рН близким к 9-10, многие из энтеробактерий. У некоторых видов бактерий адаптация к определенным значениям рН среды привела к тому, что оптимум рН для роста переместился в кислую (рН 4 и ниже) или щелочную (рН от 9 и выше) области. Такие прокариоты названы ацидо- или алкалофильными (кислото- или щелочелюбивыми) соответственно.


4. Генетика микроорганизмов


Рекомбинация генетического материала у прокариот.

Наследственную изменчивость у прокариотичских микроорганизмов вызывают рекомбинации генетического материала трех основных типов: конъюгация, трансформация и трансдукция.

Конъюгация предполагает непосредственный контакт клетки-донора и клетки-реципиента. Клетка-донор должна обладать так называемой половой плазмидой (F-фактором), который может быть автономен или интегрирован в хромосому. F-фактор обусловливает способность донорной клетки вступать в контакт с реципиентом, формировать половые F-пили и передавать генетический материал.

При интеграции F-фактора в хромосому такая передача осуществляется с высокой частотой (штаммы Hfr). Перенос генетического материала строго ориентирован: разрыв копии хромосомы и передача ДНК происходят в локусе 0 в пределах полового фактора. Скорость переноса в одинаковых условиях для определенного штамма постоянна. Обычно всей хромосоме не удается перейти в клетку-реципиент, так как контакт клеток очень нестабилен и часто прерывается до завершения перехода. Поскольку первым реципиенту передается всегда один и тот же специфичный для каждого штамма участок хромосомы, то частота передачи стоящих следом за ним генов позволяет расположить их по отношению к этому локусу и составить генетическую карту хромосомы.

Трансформацией называется процесс изменения свойств одних бактерий под влиянием экзогенной растворенной ДНК, выделенной из других бактерий. Для трансформации не нужна клетка-донор, а проникновение фрагментов ДНК зависит от физиологического состояния клетки-реципиента {компетентности). Только двуцепочечные фрагменты ДНК значительной молекулярной массы могут быть трансформирующими агентами. В геном сможет включиться ДНК с определенной степенью гомологии с ДНК реципиента.

Из одной бактериальной клетки в другую гены могут переноситься и в процессе трансдукции. При этом функцию векторов выполняют фаги, случайно захватывающие фрагмент бактериальной хромосомы в процессе формирования зрелых фаговых частиц. При заражении клетки-реципиента таким фагом в нее может включиться фрагмент ДНК другой клетки путем обмена по гомологичным участкам. Перенос генетического материала из клетки в клетку осуществляется также путем передачи векторных плазмид.

Явление диссоциации у прокариот.

Механизм этого явления еще не раскрыт полностью и на протяжении многих лет остается дискуссионным, однако в практике научных исследований с ним сталкивается практически каждый, кто работает с микроорганизмами. Явление диссоциации наблюдают, когда при рассеве чистой культуры на твердой среде развиваются колонии разной морфологии. На самом деле микробная популяция гетерогенна не только морфологически, но и затрагивает физиолого-биохимические и генетические признаки. Этот процесс имеет постоянный характер и более высокую частоту, чем спонтанные мутации. Наиболее часто образуются три морфотипа колоний: R - шероховатые, S - гладкие и М - слизистые. Первоначально это явление было отмечено у патогенных микроорганизмов - Salmonella, Shigella, Е. coli, и в связи с разными фазами протекания болезни было названо «вариацией фаз» (S - вирулентный вариант, преобладает в эпидемической фазе, R - в постэпидемической). Диссоциация безусловно связана с изменениями в геноме. Колонии разных морфотипов, отличающиеся по диаметру, содержат одинаковое количество по-разному упакованных клеток. В природных местообитаниях обычно наблюдается преобладание какого-то из диссоциантов, по при этом присутствуют все три из них.

Диссоциация обычно выявляется не на любой плотной среде, а только на среде, богатой углеводами. Различия в клеточных оболочках (капсула + клеточная стенка) обусловливают весь спектр различий физиолого-биохимических признаков диссоциантов. Такие параметры, как скорость роста и выделение продуктов, устойчивость к токсическим веществам, зависят от скоростей поглощения и экскреции веществ, активности мембранных ферментов, которые, в свою очередь, подвержены влиянию изменений в клеточных оболочках.

Явление диссоциации следует учитывать в микробиологических производствах, так как при длительном культивировании медленно растущие варианты вытесняются быстро растущими, но, как правило, менее активными диссоциантами. К тому же диссоцианты могут синтезировать разное количество биологически активных веществ, спектр которых может различаться. Учет гетерогенности популяции позволяет прогнозировать повеление ряда патогенных микроорганизмов в природных местообитаниях. Так, вирулентность популяции фитопатогенных псевдомонад зависит от погодных условий. В сухую погоду способность к заражению растений понижена из-за преобладания в популяции авирулентного R-варианта, более устойчивого к понижению активности воды.

Условия культивирования и хранения продуцента существенно влияют на состав его популяции. Большая устойчивость одного из диссоциантов к какому-либо фактору может привести к полной смене состава популяции к концу инкубационного периода. процесса диссоциации имеют прогностическую ценность и возможность управлять течением процесса.

По систематическому положению диссоциаиты определяются как один вид.

Таким образом, можно сказать, что диссоциация - это адаптация к меняющимся условиям среды на уровне популяции.

Показано, что в диссоциации изученных микроорганизмов могут быть задействованы все генетические процессы - трансформация, трансдукция, фаговая конверсия, мигрирующие генетические элементы (умеренные фаги, плазмиды, транспозоны).

Для стабилизации синтеза биологически активных веществ в промышленности необходимо:

1. получить недиссоциирующий клон;
   
2. постоянно вести стабилизирующий отбор;
   
3. соблюдать оптимальные условия хранения;
   
4. соблюдать оптимальные для высокопродуктивного диссоцианту условия роста.
   

5. Основы санитарной микробиологии


Санитарная микробиология не ограничивается изучением патогенных микробов и вирусов, являющихся непосредственными возбудителями тех или иных заболеваний. Она изучает и другие микроорганизмы, содержащиеся в окружающей среде и способные поражать животных, а также вызывать порчу пищевых продуктов.

Санитарная микробиология как наука базируется на основных положениях общей микробиологии, на достижениях медицинской, ветеринарной, технической и сельскохозяйственной микробиологии, а также эпидемиологии, эпизоотологии, гигиены, зоогигиены и иммунологии.

Особенностью санитарно-микробиологической оценки внешней среды является одновременный учет, как количественных показателей микрофлоры, так и показателей, характеризующих ее состояние, тогда как медицинская и ветеринарная микробиология при диагностическом исследовании материала, получаемого от людей и животных, обычно ограничивается обнаружением возбудителя в тканях организма или в выделениях больного.

Задачи санитарной микробиологии в мясной и молочной промышленности могут быть сформулированы следующим образом: разработка и оценка методов обнаружения патогенных микроорганизмов в мясных и молочных продуктах; разработка норм предельно допустимого бактериального обсеменения мясных и молочных продуктов; санитарно-микробиологический контроль качества сырья, полуфабрикатов, готовой продукции, а также их производства на всех этапах технологического процесса.

Пищевые продукты почти всегда в значительной степени обсеменены различными бактериями. Поэтому при исследовании их приходится учитывать нормальное течение микробиологических процессов и те возможные изменения, которые вызывает в продукте необычная для него микрофлора, попадающая при нарушении условий выработки и хранения продукта.

Санитарно-микробиологический анализ продукта должен выявить возникшие в нем изменения и дать рекомендации для объективного заключения о пригодности исследуемого продукта для употребления или его опасности для человека. Исследуемые продукты (объекты) обычно оценивают по результатам ряда санитарно-микробиологических тестов с учетом органолептических, биохимических и других показателей.

Микрофлора внешней среды представлена главным образом сапрофитами. Микроорганизмы, потенциально опасные для человека, составляют 1:30000 часть известных на нашей планете микроскопических существ, но с гигиенической точки зрения они являются одним из самых важных, постоянно действующих неблагоприятных факторов внешнего мира.

Знание вопросов, изучаемых санитарной микробиологией, необходимо в практической деятельности не только санитарных врачей, осуществляющих контроль качества продуктов животного происхождения, но и технологов, производящих эти продукты и биологические активные препараты, получаемые из эндокринно-ферментного сырья убойных животных.

Возможное загрязнение внешней среды патогенными микробами определяют на основании косвенного показателя - обнаружения так называемых санитарно-показательных микробов: кишечных палочек, зеленящих и гемолитических стрептококков и стафилококков. Присутствие санитарно-показательных микробов в объектах внешней среды указывает на зараженность их выделениями человеческого организма. Кишечная палочка, будучи постоянным представителем нормальной микрофлоры кишечника человека, является показателем фекального загрязнения. На загрязненность кишечными палочками исследуют воду, почву, пищевые продукты. Санитарно-показательными бактериями, указывающими на фекальное загрязнение объектов внешней среды, принято считать все цитратотрицательные грамнегативные бактерии, ферментирующие с образованием кислоты и газа лактозу, глюкозу, маннит, мальтозу и в некоторых случаях сахарозу. Интенсивность фекального загрязнения объектов внешней среды характеризуется двумя показателями: коли-титром и коли-индексом. Под титром подразумевается наименьшее количество исследуемого материала (выраженное в миллилитрах или граммах), в котором обнаруживается кишечная палочка. Коли-индекс - количество особей кишечной палочки, найденное в 1 л жидкости или 1 г плотного вещества. Установив коли-титр исследуемого вещества, можно произвести пересчет на коли-индекс и наоборот. Для перевода коли-титра в коли-индекс необходимо 1000 разделить на число, выражающее коли-титр.

Стрептококки и стафилококки, постоянно обитающие на слизистых оболочках полости рта и верхних дыхательных путей, являются индикаторами обсеменения воздушной среды микрофлорой дыхательных путей.

Чем выше концентрация санитарно-показательных микробов в исследуемом материале, тем больше он загрязнен выделениями человеческого организма и тем вероятнее в нем содержание патогенных микробов - возбудителей инфекционных заболеваний.

При определении общей микробной обсемененности воды, воздуха, пищевых продуктов необходимо учитывать исключительную динамичность этих объектов, неравномерность распределения микробов в них, а также возможность взаимного обмена между микрофлорой указанных объектов. В санитарно-бактериологических лабораториях для количественного учета микроорганизмов применяют в основном прямой подсчет микроорганизмов и определение микробного числа. Реже используют титрационный посев (метод предельных разведений).

Прямой подсчет микроорганизмов. С помощью этого метода учитывают общее количество живых и мертвых клеток. Метод простой и доступный для использования в санитарно-бактериологических лабораториях, но имеет следующие недостатки. С помощью этого метода трудно различить микроорганизмы и инородные частицы, точно определить количество микроорганизмов, так как они часто образуют большие скопления, неразбивающиеся конгломераты (комочки), невозможно дифференцировать живые микроорганизмы и мертвые, хотя санитарное значение живых и мертвых бактерий неодинаково.

Микробное число. Этот метод позволяет учитывать только живые микроорганизмы. Микробным числом называют количество колоний, которые вырастают на мясопептонном агаре (МПА) при посеве 1 мл или 1 г субстрата и культивировании при 37°С в течение 24-48 ч (или при 22°С 72 ч).

Титрационный посев (метод предельных разведений). Его применяют при исследовании объектов, микрофлора которых сравнительно однородна (сыры, кисломолочные продукты). При этом используют среды, наиболее пригодные для развития преобладающих видов микробов.


6. Понятие об инфекционном процессе


Паразитом называется организм, поселившийся в другом животном организме (или на нем) и питающийся его веществами. Их взаимодействие может причинять хозяину вред или достигает баланса, обеспечивающего выживание, рост и размножение обоих организмов. Во многих случаях это взаимодействие не ведет к развитию болезни, а проявляется в виде латентной или субклинической инфекции. Результат взаимоотношений зависит от способности паразита проникать, поселяться в организме хозяина и вызывать его повреждение, а также от защитных механизмов хозяина. Если воздействие паразита на хозяина достигает значительной степени, то это ведет к возникновению болезни и паразит выступает в роли возбудителя инфекции.