Методы изучения ферментативной активности (биохимических свойств)

В микробиологической практике изучение ферментативной ак­тивности используют для идентификации микроорганизмов, посколь­ку каждый микробный вид обладает определенным набором фермен­тов.

Для определения протеолитической активности микробы засева­ют уколом в столбик желатина и после 3-5 суток инкубирования при комнатной температуре отмечают характер разжижения желатина: в виде воронки, гвоздя, чулка или в виде опрокинутой елки. Протеолитическую активность определяют также по образованию продуктов разложения белка: индола, сероводорода, аммиака. Для их определения засевают микроорганизмы в мясо-пептонный бульон, и между горлыш­ком пробирки и ватной пробкой помещают индикаторные бумажки, исключая их контакт со средой. При образовании индола бумага, про­питанная насыщенным раствором щавелевой кислоты, приобретает розовый цвет; в присутствии сероводорода бумага, пропитанная аце­татом свинца, чернеет; при образовании аммиака красная лакмусо­вая бумажка синеет.

Для определения сахаролитических свойств микробов применяют дифференциально-диагностические среды такие, как среды Гисса, среда Олькеницкого, среда Эндо, среда Левина, среда Плоскирева.

Среды Эндо, Левина, Плоскирева в чашках Петри применяются для дифференцировки бактерий кишечной группы по их способности сбраживать лактозу. Эти среды содержат питательный агар, лактозу и индикатор, изменяющий свой цвет в кислой среде - индикатор рН. Если посеять на такую среду бактерии, которые сбраживают лактозу, на­пример кишечную палочку, то в результате сбраживания лактозы об­разуется кислота, и индикатор изменит свой цвет в кислой среде. По­этому колонии кишечной палочки на таких средах будут окрашенны­ми соответственно цвету индикатора: на среде Эндо и среде Плоски­рева - в красный цвет, на среде Левина - в черно-синий. Колонии бак­терий, не сбраживающих лактозу, таких как сальмонеллы и палочки дизентерии, будут бесцветными.

Среды Гисса (среды "пестрого ряда") готовятся на основе пептон-ной воды или полужидкого мясо-пептонного агара. Содержат какой-либо один углевод или многоатомный спирт и индикатор. При росте на среде Гисса микроба, сбраживающего данный субстрат с образо­ванием кислоты и газа, среда изменит цвет, в полужидкой среде по­явятся пузырьки и разрывы в толще агара, в жидкой среде - пузырек газа в стеклянном поплавке. При сбраживании субстрата только до кислоты происходит лишь изменение цвета среды.

Применяются также комбинированные среды, содержащие не один углевод, а два или три, например, среда Олькеницкого. Одна пробирка этой среды заменяет скошенный агар и среды Гисса с лактозой, глю­козой и сахарозой. После стерилизации в расплавленном виде среду в пробирке скашивают так, чтобы получился столбик и скошенная часть. Посев производится штрихом по скошенной части и уколом в столбик. При сбраживании лактозы или сахарозы изменяется цвет всей среды, при сбраживании одной глюкозы изменяется цвет только столбика. Образование газа определяется по наличию пузырьков в столбике ага­ра. При выделении микробами аммиака цвет среды не меняется. Образование сероводорода проявляется почернением в столоике агара

Для экспресс-метода определения ферментативной активности бак­терий применяются микротестсистемы и система индикаторная бумаж­ная (СИБ)

Микротестсистема представляет собой контейнер из прозрачного полистирола, состоящий из нескольких ячеек Ячейки содержат высу­шенные питательные среды с углеводами и индикаторами рН В каж­дую ячейку засевают взвесь культуры бактерий определенной густо­ты В контрольные ячейки наливают физ раствор Результат учитыва­ют после 3 - 4-хчасовой инкубации в термостате по изменению цвета

индикатора

Системы индикаторные бумажные (СИБ) для идентификации се­мейства энтеробактерий представляет собой диски или полоски хроматографической бумаги, покрытые защитной пленкой и содержащие определенный субстрат и индикатор В пробирки с физиологическим или буферным раствором вносят исследуемую культуру, затем поме­щают диски В контрольные пробирки культуру бактерий не вносят Результат учитывают по изменению цвета индикатора Для определе­ния сероводорода диск помещают на поверхность МПА, засеянного уколом, что позволяет одновременно определить подвижность

Во всех пробирках учитывают предварительный результат в тот же день и окончательный - на следующий день

Оксидазная активность определяется путем растирания культуры на индикаторной бумажке Результат учитывается через минуту.

ГЛАВА 6.

ОБЩАЯ ВИРУСОЛОГИЯ

Общая характеристика вирусов, морфология

И структура вирионов

Первооткрывателем вирусов, основоположником вирусологии яв­ляется русский ученый Дмитрий Иосифович Ивановский, открывший в 1892 году вирус табачной мозаики (ВТМ)

Вирусы настолько отличаются от микроорганизмов, что выделе­ны в особое царство - царство Vira

Особенности вирусов, отличающие их от всех других живых су­ществ

1) наличие только одного типа нуклеиновой кислоты - ДНК или РНК, в то время как клетки всех остальных живых существ содержат ДНК и РНК, взаимодействие которых необходимо для биосинтеза бел­ков,

2) отсутствие собственных белоксинтезирующих систем и клеточ­ного строения;

3) внутриклеточный паразитизм на молекулярном (генетическом) уровне.

Внеклеточная форма вируса - вириои и вирус, находящийся внут­ри клетки хозяина - это две разные формы вируса.

Вирионы разных вирусов имеют размеры от 15 до 400 наномет­ров. Нанометр - это 10^-9 метра (рис. 6). Наиболее мелкие вирусы - виру­сы полиомиелита - имеют вирион размером 17-25 им, средние - вирус гриппа - 80-120 нм, крупные - вирус оспы - 300-400 им.

В центре вириона располагается его геном. Это нуклеиновая кис­лота - ДНК или РНК (однонитевая или двунитевая). Плюс-однонитевая РНК несет две функции: наследственную и информационную, напри­мер у вируса полиомиелита. Минус-однонитевая РНК, как, например, у вируса гриппа, несет только наследственную функцию, и только в процессе репродукции вируса к ней достраивается плюс-нить иРНК.

Вокруг нуклеиновой кислоты симметрично располагаются белко­вые молекулы - капсомеры, составляющие капсид (лат. capsa - коробка). Различают спиральный тип симметрии, когда капсомеры уложены по всей длине молекулы нуклеиновой кислоты, и кубический, когда кап­сомеры располагаются в виде двадцатигранника (икосаэдра).

Вирионы, содержащие только нуклеиновую кислоту и белок, сос­тавляют нуклеокапсид. Это простые вирусы, например, ВТМ, вирус полиомиелита.

У вирионов сложноорга-низованных вирусов имеется еще поверхностная оболочка - суперкапсид, содержащий, кроме белков, также углево­ды, липиды, компоненты клет­ки хозяина. Строение вирио­на лежит в основе классифи­кации вирусов. По типу нук­леиновой кислоты их делят на: рибовирусы и дезоксири-бовирусы, далее по структу­ре вирионов, по месту размно­жения и по другим признакам проводится деление на семей­ства и роды.

Вследствие малых разме­ров вирусы не видны в свето­вом микроскопе. Только наи­более крупный из них - вирус оспы - можно наблюдать в виде мелких точечных образо­ваний - элементарных телец Пашена.

Размножаясь в чувствительных клетках организма, вирусы оспы, бе­шенства, гриппа образуют в них внутриклеточные включения. Их мож­но обнаружить в световом или в люминесцентном микроскопе. Обна­ружение внутриклеточных включений используется для диагностики. Например, включения Бабеша-Негри в нервных клетках об­наруживаются при бешенстве.

Морфологию вирионов изучают в электронном микроскопе. Ви­русы имеют разные формы: сферическую, нитевидную, палочковидную.

Репродукция вирусов

Вирусы не способны размножаться на питательных средах - это строгие внутриклеточные паразиты. Более того, в отличие от риккетсий и хламидий, вирусы в клетке хозяина не растут и не размножаются путем деления. Составные части вируса - нуклеиновые кислоты и бел­ковые молекулы синтезируются в клетке хозяина раздельно, в разных частях клетки - в ядре и в цитоплазме. При этом клеточные белоксинтезирующие системы подчиняются вирусному геному, его НК.

Репродукция вируса в клетке происходит в несколько фаз (рис.7):

- Первая фаза - адсорбция вируса на поверхности клетки, чувстви­тельной к данному вирусу.

- Вторая фаза - проникновение вируса в клетку хозяина путем виропексиса.

- Третья фаза - «раздевание» вирионов, освобождение нуклеи­новой кислоты вируса от суперкапсида и капсида. У ряда вирусов проникновение нуклеиновой кислоты в клетку происходит путем сли­яния оболочки вириона и клетки-хозяина. В этом случае вторая и тре­тья фазы объединяются в одну.

В зависимости от типа нуклеиновой кислоты этот процесс совер­шается следующим образом.

ДНК-содержащие (ДНК —> иРНК —>белок)

1. Репродукция происходит в ядрх: аденовирусы, герпес,папо-вавирусы. Используют ДНК-зависимую РНК - полимеразу клетки.

2. Репродукция происходит в цитоплазме: вирусы имеют свою ДНК-зависимую РНК полимеразу. РНК-содержащие.

1. Рибовирусы с позитивным геномом (плюс-нитиевые): пикор-

на-, тога-, коронавирусы. Транскрипции нет.

РНК —>белок

2. Рибовирусы с негативным геномом (минус- нитиевые): грипп,

корь, паротит, орто-, парамиксовирусы.

(-)РНК —> иРНК —> белок (иРНК комплементарная (-)РНК) Этот процесс идет при участии специального вирусного фермен­та - вирионная РНК-зависимая PHK-полимераза ( в клетке такого фермента быть не может).

3. Ретровирусы

(-)РНК -> ДНК —> иРНК —>белок (и РНК гомологична РНК) В этом случае процесс образования ДНК на базе (-)РНК возмо­жен при участии фермента - РНК-зависимой ДНК-полимеразы (об­ратной транскриптазы или ревертазы)

- Четвертая фаза - синтез компонентов вириона. Нуклеиновая кис­лота вируса образуется путем репликации. На рибосомы клетки транс­лируется информация вирусной иРНК, и в них синтезируется вирус-специфический белок.

- Пятая фаза - сборка вириона. Путем самосборки образуются нуклеокапсиды.

- Шестая фаза - выход вирионов из клетки. Простые вирусы, на­пример, вирус полиомиелита, при выходе из клетки разрушают ее. Сложноорганизованные вирусы, например, вирус гриппа, выходят из клетки путем почкования. Внешняя оболочка вируса (суперкапсид) формируется в процессе выхода вируса из клетки. Клетка при таком процессе на какое-то время остается живой.

Описанные типы взаимодействия вируса с клеткой называются продуктивными, так как приводят к продукции зрелых вирионов.

Иной путь - интегративный - заключается в том, что после проник­новения вируса в клетку и "раздевания" вирус­ная нуклеиновая кисло­та интегрирует в клеточ­ный геном, то есть встраивается в опреде­ленном месте в хромосо­му клетки и затем в виде так называемого прови-руса реплицируется вме­сте с ней. Для ДНК- и РНК-содержащих виру­сов этот процесс совер­шается по-разному. В первом случае вирусная ДНК интегрирует в кле­точный геном. В случае РНК-содержащих виру­сов вначале происходит обратная транскрипция: на матрице вирусной РНК при участии фермента "обратной транскриптазы" образуется ДНК, которая встраи­вается в клеточный геном. Провирус несет дополнительную генетичес­кую информацию, поэтому клетка приобретает новые свойства. Виру­сы, способные осуществить такой тип взаимодействия с клеткой, на­зываются интегративными. К интегративным вирусам относятся неко­торые онкогенные вирусы, вирус гепатита В, вирус герпеса, вирус им­мунодефицита человека, умеренные бактериофаги.

Кроме обычных вирусов, существуют прионы - белковые инфек­ционные частицы, не содержащие нуклеиновую кислоту. Они имеют вид фибрилл, размером до 200 нм. Вызывают у человека и у животных медленные инфекции с поражением мозга: болезнь Крейтцфельда-Якоба, куру, скрепи и другие.