Предмет медицинской микробиологии

1. Микробиология — наука о возбудителях болезней. Зародилась как отрасль медицины.

В качестве самостоятельной науки, имеющей свои объекты и методы исследования, сформировалась во второй половине XIX в. благодаря работам Пастера, Коха, Эрлиха, Мечникова, Ру и др.

В настоящее время постоянно и интенсивно развивается, как и тесно связанные с ней биотехнология и генная инженерия.

4. Бактерии

1Микроорганизмы — это организмы, невидимые невооруженным глазом из-за их незначительных размеров.

Критерий размера — единственный, который их объединяет.

В остальном мир микроорганизмов еще более разнообразен, чем мир макроорганизмов.

2. Согласно современной систематике, микроорганизмы к 3 царствам:

• Vira — вирусы;

• Eucariotae — простейшие и грибы;

• Procariotae - истинные бактерии, риккетсии, хламидии, мико-плазмы, спирохеты, актиномицеты.

Так же как для растений и животных, для названия микроор­ганизмов применяется бинарная номенклатура, т. е. родовое и видовое название.

Если видовую принадлежность исследователям определить не удается и определена только принадлежность к роду, то упот­ребляется термин species. Чаще всего это имеет место при идентификации микроорганизмов, имеющих нетрадиционные пищевые потребности или условия существования. Название рода обычно либо основано на морфологическом при­знаке соответствующего микроорганизма (Staphylococcus, Vibrio, Mycobacterium), либо является производным от фамилии автора, который открыл или изучил данный возбудитель (Neisseria, Shig-ella, Escherichia, Rickettsia, Gardnerella).

Видовое название часто связано с наименованием основного вы­зываемого этим микроорганизмом заболевания (Vibrio cholerae — холеры, Shigella dysenteriae — дизентерии, Mycobacterium tuberculosis — туберкулеза) или с основным местом обитания {Escherihia coli — кишечная палочка).

Кроме того, в русскоязычной медицинской литературе воз­можно использование соответствующего русифицированного на­звания бактерий (вместо Staphylococcus epidermidis — эпидер-мальный стафилококк; Staphylococcus aureus — золотистый ста­филококк и т. д.).

3. Царство прокариот включает в себя отдел цианобактерий и отдел эубактерий, который, в свою очередь, подразделяется на порядки:

• собственно бактерии (отделы Gracilicutes, Firmicutes, Tenericutes, Mendosicutes);

• актиномицеты;

• спирохеты;

• риккетсии;

• хламидии.

Порядки подразделяются на группы.

Прокариоты отличаются от эукариот тем, что не имеют:

• морфологически оформленного ядра (нет ядерной мембраны и отсутствует ядрышко), его эквивалентом является нуклеоид, или генофор, представляющий собой замкнутую кольцевую двуни-тевую молекулу ДНК, прикрепленную в одной точке к цито-плазматической мембране; по аналогии с эукариотами эту мо­лекулу называют хромосомной бактерией;

• сетчатого аппарата Гольджи;

• эндоплазматической сети;

• митохондрий.

Имеется также ряд признаков, или органелл, характерных для многих, но не для всех прокариот, которые позволяют отли­чать их от эукариотов:

• многочисленные инвагинации цитоплазматической мембраны, которые называются мезосомами, они связаны с нуклеоидом и участвуют в делении клетки, спорообразовании и дыхании бак­териальной клетки;

• специфический компонент клеточной стенки — муреин, по хими­ческой структуре это пептидогликан (диаминопиеминовая ки­слота);

• плазмиды — автономно реплицирующиеся кольцевидные моле­кулы двунитевой ДНК с меньшей, чем хромосома бактерий, молекулярной массой. Они находятся наряду с нуклеоидом в цитоплазме, хотя могут быть и интегрированы в него, и несут наследственную информацию, не являющуюся жизненно не­обходимой для микробной клетки, но обеспечивающую ей те или иные селективные преимущества в окружающей среде.

Наиболее известны:

. F-плазмиды, обеспечивающие конъюгационный перенос

между бактериями;

. R-плазмиды — плазмиды лекарственной устойчивости, обес­печивающие циркуляцию среди бактерий генов, детермини­рующих устойчивость к используемым для лечения различ­ных заболеваний химиотерапевтическим средствам.

4. Бактерии — прокариотические, преимущественно одноклеточные микроорганизмы, которые могут также образовывать ассоциа­ции (группы) сходных клеток, характеризующиеся клеточны­ми, но не организменными сходствами.

Основные таксономические критерии, позволяющие отнести штаммы бактерий к той или иной группе:

• морфология микробных клеток (кокки, палочки, извитые);

• отношение к окраске по Граму — тинкториальные свойства (грамположительные и грамотрицательные);

• тип биологического окисления — аэробы, факультативные ана­эробы, облигатные анаэробы;

• способность к спорообразованию.

Дальнейшая дифференциация групп на семейства, рода и ви­ды, которые являются основной таксономической категорией, проводится на основании изучения биохимических свойств. Этот принцип положен в основу классификации бактерий, приве­денной в специальных руководствах — определителях бактерий.

Вид является эволюционно сложившейся совокупностью осо­бей, имеющих единый генотип, который в стандартных усло­виях проявляется сходными морфологическими, физиологиче­скими, биохимическими признаками.

Для патогенных бактерий определение "вид" дополняется спо­собностью вызывать определенные нозологические формы забо­леваний.

Существует внутривидовая дифференцировка бактерий на

варианты:

• по биологическим свойствам - биовары или биотипы;

• биохимической активности— ферментовары;

• антигенному строению — серовары или серотжы;

• чувствительности к бактериофагам — фаговары или фаготипы;

• устойчивости к антибиотикам — резистентовары.

В микробиологии широко применяют специальные термины — культура, штамм, клон.

Культура — это видимая глазом совокупность бактерий на пи­тательных средах.

Культуры могут быть чистыми (совокупность бактерий одного вида) и смешанными (совокупность бактерий 2 или более видов).

Штамм — это совокупность бактерий одного вида, выделенных из разных источников или из одного источника в разное время.

Штаммы могут различаться по некоторым признакам, не вы­ходящим за пределы характеристики вида. Клон — это совокупность бактерий, являющихся потомством одной клетки.

Вопрос 3. Особенности морфологии микроорганизмов

1. Основные морфологические формы бактерий

2. Структура бактерий

3. Клеточная стенка

4. Цитоплазматическая мембрана

1 Среди основных морфологических форм бактерий различают: • шаровидные {кокковые);

• палочковидные.

Кокковые бактерии по характеру взаиморасположения делятся:

• на микрококки - отдельное изолированное расположение;

• диплококки - сцепленные попарно;

• тетракокки - сцепленные по четыре;

• стрептококки — сцепленные в цепочку;

• сарцины — сцепленные в пакеты по 8, 12, 16 и т. д.;

• стафилококки — сцепленные беспорядочно в виде виноградной грозди.

Палочковидные бактерии различаются:

• по форме:

• правильная — энтеробактерии, псевдомонады;

• неправильная — коринебактерии;

• размеру.

• мелкие - бруцеллы, бордетеллы;

. средние - бактероиды, кишечная палочка;. крупные — бациллы, клостридии;

• ф орме концов:

• обрубленные — бациллы;

• закругленные — сальмонеллы, псевдомонады;

• заостренные — фузобактерии; утолщенные — коринебактерии;

расположенные поодиночке;

диплобактерии и диплобациллы — сцепленные попарно;

• стрептобактерии и стрептобациллы — сцепленные в цепочку;

• извитые формы.

Извитые формы — по характеру и количеству завитков:

• вибрионы — слегка изогнутые палочки или неполные завитки;

• спириллы — один или несколько завитков;

• спирохеты, которые, в свою очередь, делятся:

• на лептоспиры (завитки с загнутыми крючкообразными концами — S-образная форма);

• боррелии (4—12 неправильных завитков);

• трепонемы (14—17 равномерных мелких завитков).

2. Структуру бактерий изучают в основном с помощью следующих методов:

• электронная микроскопия (техника ультратонких срезов);

• дифференциальное ультрацентрифугирование;

• цитохимия.

Структурные компоненты бактериальной клетки делятся на обязательные и необязательные.

Обязательные структурные компоненты:

• клеточная стенка;

• цитоплазматическая мембрана;

• цитоплазма с локализованными в ней рибосомами и ядерным аппаратом.

Необязательные структурные компоненты:

• капсула;

• микрокапсула;

• внеклеточная слизь;

• включения;

• жгутики;

• пили;

• споры.

3. Основу клеточной стенки у бактерий составляет пептидогликан муреин.

Функции клеточной стенки состоят в том, что она:

• является осмотическим барьером;

• определяет форму бактериальной клетки;

• защищает клетку от воздействий окружающей среды;

• несет разнообразные рецепторы, способствующие прикреплению фагов, колицинов, а также различных химических соединений,

• через клеточную стенку в клетку поступают питательные веще­ства и выделяются продукты обмена,

• в клеточной стенке локализован О-антиген и с ней связан эн­дотоксин (липид А) бактерий.

Существуют 2 типа строения клеточной стенки: %/ у бактерий первого типа пептидогликан муреин составляет до 90% массы клеточной стенки и образует многослойный (до 10 слоев) каркас, при этом он ковалентно связан с тейхоевыми кислотами. Такие бактерии при окраске по методу Грама прочно удерживают комплекс генцианового фиолетового и йо­да; они окрашиваются в сине-фиолетовый цвет и называются грамположителъными:

• у бактерий со вторым типом строения клеточной стенки по­верх 2—3 слоев пептидогликана муреина располагается слой липополисахаридов. Эти бактерии при окраске по методу Гра­ма неспособны прочно удерживать комплекс генцианового фиолетового и йода и соответственно обесцвечиваются спир­том, прокрашиваясь дополнительным красителем — фуксином — в розово-красный цвет. Они называются грамотрицательными.

В связи с различиями в строении клеточной стенки все бакте­рии делятся на 4 отдела:

• грациликуты — бактерии с тонкой клеточной стенкой, грамот-рицательные, к ним относятся различные извитые, палочко­видные, кокковые формы бактерий, а также риккетсии и хла-мидии;

• фирмикуты — бактерии с толстой клеточной стенкой, грампо-ложительные, к ним относятся палочковидные, кокковые формы бактерий, а также актиномицеты, коринебактерии и микобактерии;

• тенерикуты — бактерии без ригидной клеточной стенки (микоплазмы);

• мендозикуты — архебактерии, отличающиеся дефектной кле­точной стенкой, особенностями строения рибосом, мембран и рибосомальных РНК. Эта группа бактерий медицинского зна­чения не имеет.

Из любой бактериальной клетки можно получить формы, пол­ностью или частично лишенные клеточной стенки. Они называются соответственно протопластами и сферопластами и неза­висимо от исходного морфологического типа бактерии из-за отсутствия клеточной стенки принимают шарообразную или грушевидную форму.

Кроме того, существуют L-формы бактерий, которые, в отли­чие от протопластов и сферопластов, способны к размножению, являясь вполне полноценными микробными клетками данного вида бактерий.

L-формы разных видов бактерий морфологически неразличи­мы. Независимо от формы исходной клетки (кокки, палочки, вибрионы) они представляют собой сферические образования разных размеров.

Имеются L-формы:

• стабильные — не реверсирующие в исходный морфотип;

• нестабильные — реверсирующие в исходный при устранении причины, вызвавшей их образование.

В процессе реверсии восстанавливается способность бактерий синтезировать пептидогликан муреин клеточной стенки. L-формы различных бактерий играют существенную роль в па­тогенезе многих хронических и рецидивирующих инфекцион­ных заболеваний: бруцеллеза, туберкулеза, сифилиса, хрониче­ской гонореи и т. д.

4. К клеточной стенке бактерий примыкает цитоплазматическая мембрана, строение которой аналогично мембранам эукарио-тов — она состоит из двойного слоя липидов, главным образом фосфолипидов со встроенными поверхностными и интеграль­ными белками).

Цитоплазматическая мембрана обеспечивает:

• селективную проницаемость и транспорт растворимых веществ в клетку;

• транспорт электронов и окислительное фосфорилирование;

• выделение гидролитических экзоферментов, биосинтез различ­ных полимеров.

Кроме того, она ограничивает цитоплазму бактерий, которая представляет собой гранулярную структуру.

В цитоплазме локализованы рибосомы и бактериальный нуклеоид, в ней также могут находиться включения и плазмиды (вне-хромосомная ДНК).

Вопрос 4. Необязательные структурные компоненты бактериальной клетки

1. Споры

2. Жгутики

3. Ворсинки

4. Капсула

1. Споры бактерий представляют собой бактериальные клетки в состоянии анабиоза и образуются при неблагоприятных условиях внешней среды.

Располагаются внутри клетки терминально, субтерминально или центрально.

Спорообразуюише палочки называются бациллами. В проиессе спорообразования клетка почти полностью теряет во­ду, сморщивается, клеточная стенка уплотняется. Появляется новое вещество — дипиколинат кальция, которое образует комплексы с биополимерами клетки, устойчивые к действию температуры и ультрафиолетовых лучей.

В окружающей среде споры бактерий могут сохраняться года­ми, но при попадании в благоприятные условия спора впиты­вает влагу, комплексы распадаются, дипиколинат разрушается, и спора превращается в вегетативную клетку. Таким образом, спору следует рассматривать не как способ раз­множения, а только как форму существования бактериальной клетки в неблагоприятных условиях.

Преобразования идут по следующей схеме: 1 клетка — 1 спора — 1 клетка, т. е. увеличения количества бактериальных клеток не происходит.

Спорообразование характерно в основном для грамположитель-ных бактерий.

У грамотрицателъных бактерий эквивалентом спорообразова­ния является переход в так называемое некультивируемое со­стояние. В такой форме они также длительно сохраняются в окружающей среде.

При использовании окраски по Граму споры не воспринимают красителей, поэтому на окрашенном фоне они бесцветны. Ок­рашиваются споры с помощью специальных методов окраски, например по Ожешко или Клейну.

2. Многие бактерии имеют жгутики, количество и расппппжение которых у разных родов неодинаково:

• монотрихии имеют только один жгутик (род Vibrio);

• лофотрихии — пучок жгутиков на одном полюсе клетки (род Pseudomonas);

• у амфитрихов жгутики (один или пучок) расположены на обо­их полюсах клетки (род Spirillum);

• у перитрихов — по всей поверхности (род Escherichia, Salmonella). По своему строению жгутики представляют собой спирально за­крученные нити, состоящие из специфического белка флагелли-на, который по своей структуре относится к сократительным белкам типа миозина.

При окраске по Граму жгутики не видны. Изучать подвижность бактерии можно как с помощью микроскопических методов (фазово-контрастная микроскопия препаратов "висячая" или "раздавленная" капля), так и посевом — уколом в полужидкий агар или специальную среду (среду Пешкова).

3. На поверхности ряда бактерий обнаружены белковые образова­ния — ворсинки (фимбрии, пили).

Фимбрии отходят от поверхности клетки и состоят из белка, называемого пилином.

Различают более 60 видов ворсинок, из которых наиболее изу­чены следующие:

• F-pili — половые пили;

• common pili — пили, ответственные за адгезию.

4. Капсула бактерий — это утолщенный наружный слой клеточной стенки.

Капсулы могут быть построены из полисахаридов (пневмококк) или белков (возбудитель сибирской язвы).

Большинство бактерий, особенно патогенных, образует капсулу только в организме человека или животных. Однако существу­ет род истинно капсулъных бактерий (Klebsiella), представители которого образуют капсулу и при культивировании на искусст­венных питательных средах.

Некоторые бактерии могут иметь микрокапсулу, выявляемую только при электронной микроскопии (эшерихии), или неявно выраженную способность к капсулообразованию — так называемую "нежную" капсулу (золотистые стафилококки, менинго­кокки).

Основное предназначение капсул — зашита бактерий от фаго­цитоза.

При окраске мазков по Граму истинно капсульные бактерии имеют характерное взаиморасположение (на расстоянии друг от друга). При световой микроскопии капсулы четко не видны, в связи с чем наличие капсул у бактерий выявляется с помощью специальных методов окраски, например по методу Гимзе. Для выявления капсул и бактерий, образующих их в организ­ме, используют микроскопию мазков, приготовленных из пато­логического материала, или мазков-отпечатков из органов по­гибших животных.

Вопрос 5. Питание и особенности метаболизма бактерий

1. Химические компоненты бактериальной клетки

2. Питание бактерий

3. Метаболизм бактерий

1. Процесс, в ходе которого бактериальная клетка получает из ок­ружающей среды компоненты, необходимые для построения ее биополимеров (органоидов), называется питанием.

По источникам углерода, необходимого для построения биопо­лимеров, бактерии делятся на следующие группы:

• автотрофы — микроорганизмы, которые используют как един­ственный источник углерода углекислый газ и не нуждаются в сложных органических соединениях;

• гетеротрофы — микроорганизмы, которые используют в каче­стве источника углерода разнообразные органические углеро-досодержащие соединения (углеводы, углеводороды, амино­кислоты, органические кислоты) как биологического, так и небиологического происхождения.

В зависимости от источника получения энергии микроорганизмы делятся:

• на фототрофные, способные использовать солнечную энергию,

• хемотрофные, получающие энергию за счет окислительно-вос­становительных реакций.

В зависимости от природы доноров электронов:

• фототрофные литотрофы;

• хемотрофные литотрофы — использующие в качестве доноров электронов неорганические соединения;

• фото- и хемоорганотрофы — использующие только органические соединения. К последним принадлежит значительное боль­шинство бактерий, в том числе патогенные для человека виды. По источникам азота:

2. Углеводный обмен

3. Типы биологического окисления у бактерий

1. Белковый обмен у бактерий: