Бактерии размножаются бесполым путем - делением надвое.

После редупликации кольцевой хромосомы и удлинения клетки образуется поперечная перегородка. Затем дочерние клетки расходятся.

Размножению иногда предшествует половой процесс в форме возникновения новых комбинаций генов в хромосоме.

Известно три способа образования рекомбинантов:

1. трансформация,

2. конъюгация,

3. трансдукция.

При трансформациииз клетки-донора выходит небольшой фрагмент ДНК, который активно поглощается клеткой-реципиентом и включается в ее ДНК, замещая в ней похожий, хотя и не обязательно идентичный, фрагмент.

Конъюгация - это перенос ДНК между клетками, контактирующими друг с другом. В переносе генов при этом участвуют плазмиды с половым фактором, или F+ фактором.

Трансдукция – это перенос фрагмента ДНК из одной клетки в другую бактериофагом.

· Неспецифическая: трансдуцирующие фаги являются только переносчиком генетического материала от одних бактерий к другим, поскольку сама фагонная ДНК не участвует в образовании рекомбинантов.

· Специфическая: характеризуется способностью фага переносить определенные гены от бактерии-донора к бактерии-
реципиенту.

· Абортивная: принесенный фагом фрагмент ДНК бактерии донора не включается в хромосому бактерии реципиента, а располагается в цитоплазме.

РИККЕТСИИ- грам (-) бактерии (мелкие бактерии, не способные к росту на искусственных питатательных средах)

По морфологическим признакам выделяют:

· Кокковидные,

· палочковидные,

· удлиненные, изогнутые, тонкие образования,

· нитевидные.

Риккетсии размножаются в эндотелиальных клетках капилляров, что приводит к закупорке сосудов и появлению сыпи.

Для риккетсий характерно большое содержание нуклеиновых кислот – ДНК и РНК, что сближает их с бактериями.

В теле риккетсий обнаружено большое количество липидов и мало углеводов, что характерно для вирусов.

Во внешней среде малоустойчивы и сохраняются в организме клещей, блох, вшей (исключение – возбудитель ку-лихорадки).

Особенность риккетсий – оптимальное размножение в живых тканях и клетках при температуре 35 – 36 ⁰ С. При 40 ⁰ С рост и размножение угнетается.

Риккетсии - возбудители эпидемического и эндемического сыпных тифов, ку-лихорадки размножаются в цитоплазме.

Риккетсии - возбудители клещевых лихорадок – размножаются в цитоплазме и ядре.

МИКОПЛАЗМЫ - грам (-) бактерии. (мягкокожие бактерии- бактерии, лишенные клеточной стенки)

При световой микроскопии в окрашенном препарате видны полиморфные клетки – зерна, нити, иногда грушевидные, гантелевидные, ветвящиеся формы. Такая полиморфность обусловлена отсутствием клеточной стенки, что их отличает от бактерий.

Клетка микоплазм очень просто организована, содержит минимальное количество органелл: цитоплазму, рибосомы, двунитчатую ДНК, мембранные внутриплазматические структуры и дополнительные органоиды.

Цитоплазма содержит:

· протеины,

· липиды,

· углеводы,

· РНК,

· ДНК.

Дополнительные органеллы микоплазм:

· сеть фибрилл, расположенных под цитоплазматической мембраной и прикрепленных к её внутреннему слою.

Эти белки выполняют функцию цитоскелета.

· микроворсинки – нити с заостренными концами длиной в клетку микоплазмы. Обеспечивают скользящую подвижность и адгезию.

Для микоплазм характерно равномерное и неравномерное деление материнской клетки, возможно сегментирование цитоплазмы на несколько клеток с образованием мицеллярной структуры, возможно отпочкование новых особей от материнской клетки.

Микоплазмы паразитируют на мембранах эукариотических клеток.

Высокоустойчивы к низким температурам до – 65⁰ С. При добавлении 50 % глицерина к питательной среде резко увеличивается срок их жизнедеятельности (так же и при добавлении белка).

Микоплазмы чувствительны к изменению pH среды в щелочную сторону. При pH ↑ 7,5 их жизнедеятельность резко угнетается.

ХЛАМИДИИ - грам (-)(бактерии, обладающие особенным циклом развития)

Кокковидные микроорганизмы, размер 0,25 – 1 мкм.

Содержат: ДНК и РНК, рибосомы, мурамовую кислоту (компанент клеточной стенки грам(-) бактерий).

Размножаются бинарным делением, чувствительны к некоторым антибиотикам

Не растут на питательных средах. Их культивируют в желточном мешке куринных эмбрионов и тканевых кльтурах (как вирусы).

Хламидии строго внутриклеточные паразиты и размножаются в цитоплазме клеток человека.

Строение клеточной стенки соответствует грам(-) бактерий.

Антигенные свойства хламидий определяются внутренней цитоплазматической мембраной, которая представлена липополисахаридами (LPS).

В нее интегрированы белки наружной мембраны ОМР – Outermembraneproteins).

На основной белок наружной мембраны – MaiorOuterMembraneProtein( MOMP – элементарное тельце) приходится 60% от общего белка. Оставшаяся антигенная структура представлена наружной мембраной второго типа – ОМР-2.

Хламидии способны синтезировать небольшое количество АТФ путем гликолиза и расщепления гликогена.

У хламидий отсутствует пептидогликан, но при этом в геноме содержаться гены, кодирующие белки, которые необходимы для синтеза пептидогликана.

Методом сканирующей электронной микроскопии на поверхности хламидий были выявлены куполообразные структуры, пронизанные микрофиламентами.

Функцию этой структуры связывают с транспортом питательных веществ от эукариотической клетки к парахиту.

Обнаружение в геноме хламидий генов, кодирующих аппарат для III типа секреции (обуславливает вирулентность грам(-) бактерий), позволило предположить, что это образование осуществляет передачу сигнала от паразита к эукариотической клетке.

ПРИОНЫ – инфекционный белок

Впервые в 1957 г. американский ученый Д.К. Гайдушек при обследовании в Новой Гвинее больных куру – смертельным дегенеративным заболеванием мозга, обратил внимание на сходство с известным вирусом заболевания овец – скрепи, болезни Крейтцфельда-Якоба (БКЯ).

За исследования в этой области Д.К. Гайдушек в 1976 г. был удостоен Нобелевской премии.

Данный инфекционный агент имел важные отличия от других возбудителей, в т.ч. вирусов:

· Он не был виден в электронный микроскоп

· Не вызывал иммунных реакций

· Не инактивировался факторами, разрушающими нуклеиновые кислоты

· Имел крайне малые размеры – меньше 25 нм

Было высказано мнение, что этот агент представляет собой новый тип возбудителя –инфекционный белок.

Позднее американский ученый С. Прузинер выделив протеиновую фракцию в возбудителе, доказал, что этот белок способен вызывать спонгиформнуюэнцефалопатию и назвал его прионом( сокращение от протеиновые инфекционные нуклеолы). В 1997 г. С. Прузинеру была присуждена Нобелевская премия.

Существуют так называемые «конформационные» болезни, которые характеризуются пространственным изменением третичной структуры внутриклеточных белков с образованием жесткой бета – структуры вместо нормальной альфа – спиральной структуры.

Бета – структуры в отличие от альфа – структур устойчивы к расщепляющим их ферментам.

В результате бета – структуры накапливаются, агрегируются и полимеризуются, формируя различные специфические и неспецифические включения (фибриллы, агрегаты, амилоиды).

Некоторые из них приобретают новые свойства – нейротоксичные, становясь причиной развития нейродегенеративных заболеваний – болезни Альцгеймера, бокового амиотрофического склероза и др.

Конформационные изменения белков в организме в определенных условиях происходят и в норме, но в условиях патологии (мутации, ошибки транскрипции и трансляции) изменение структуры белка резко ускоряется.

Среди конформационных болезней выделяют:

· инфекционные,

· наследственные,

· спорадические – очень актуальные в настоящее время прионные инфекции

Прионный белок – сиалогликопротеид (PrP ) – состоит из 254 аминокислот. Входит в состав наружных клеточных мембран и является компонентом многих клеток организма, но максимальная его концентрация выявляется в нейронах.

Делеция гена PRNP не приводит к немедленной смерти подопытного животного, но через70 недель развиваются прогрессирующие симптомы атаксии и нарушается моторная координация.

Очень устойчив к различным физическим факторам и химическим веществам. Иннактивировать (разрушить) его можно только 90 % фенолом и автоклавирование при самом жестком режиме 180⁰ С в течение 18 минут.

Две изоформыприона:

· нормальный (неинфекционный), - PrP^С

· патологический (инфекционный). - PrP^Sc

В основе прионных заболеваний лежит пространственное изменение третичной структуры внутриклеточных белков с образованием жесткой бета – структуры вместо нормальной альфа – спиральной структуры.

Различают 4 типа прионных белков:

С первым и вторым типом – PrP^Sc-связаны фамильные, спорадические и ятрогенные формы болезни Крейтцфельда-Якоба.

Четвертый тип – является возбудителем новой атипичной формы этой болезни и больных животных («бешенство» коров).

Возможные пути передачи:

· по аутосомно-доминантному типу наследования,

· заражение алиментарным путем,

· заражение парантеральным (ятрогенным) путем.

Ятрогенный путь заражения может быть связан с употреблением продуктов, инфицированными прионами.

Остается проблеммой использование субпродуктов в пищевой, фармацевтической и косметической промышленности, напримержелатина, который изготавливается из кожи и костей, но может содержать небольшое количество костного мозга, инфицированного прионами.

Также кремов и других косметических и фармацевтических препаратов, содержащих коллаген, полученный из тканей коров.

При заражении первоначально прионы появляются в лимфоидной ткани - лимфатических узлах, селезенке, тимусе, особенно в В-клеточных зонах.

В лимфоидной ткани происходит частичная репликацияприонов, затем они по нервам достигают ближайших аксонов. После размножения в аксонах прионы продвигаются к спинному, затем к головному мозгу со скоростью 1 мм в день.

Для заболеваний, вызываемых прионами, характерен длительный инкубационный период – до 40 лет.

Характерна прогрессирующая дегенерация ЦНС с преимущественным поражением серого вещества – снижение объема мозга, уменьшение толщины его коры, вакуолизация нейронов и уменьшение их количества.

Прионные заболевания всегда смертельны.

Клинические проявления:

· амнезия, потеря и извращение чувствительности, выпадение функций органов чувств

· атрофия мышц, параличи

· нарушение психики – депрессия, сонливость, агрессивность, снижение интеллекта

Прижизненная диагностика прионных заболеваний затруднена.

ВИРУСЫ

Вирусы- это уникальные организмы. Автономные генетические структуры.

Отличительные признаки:

· обязательный паразетизм на генетическом аппарате живых клеток ( растений, бактерий, насекомых, животных),

· наличие в геноме нуклеиновой кислоты только одного типа.

Вирусами поражены все формы жизни.

Способность вируса вносить новую информацию в генетический аппарат клетки-хозяина определяют их роль как важного фактора изменчивости и биологической эволюции.

С вирусами связывают возникновение:

· опухолей,

· атеросклероза,

· диабета,

· нервно-психических заболеваний,

· инфекций.

В последние 10-летия резко возрос % вирусных инфекционных заболеваний человека – до 80% всех инфекционных заболеваний.

Грипп, аденовирусные инфекции, вирусные гепатиты и др.инфекции вирусной этиологии наносят большой вред здоровью человека.

Существует много вирусов, которые используют в качестве эффективного средства биологической войны.

Основоположником вирусологии является российский ученый Дмитрий Иосифович Ивановский, открывший в 19 – 20 вв. уникальный мир вирусов.

Есть мнение, что вирусы произошли от определенных клеточных геномов, которые приобрели способность покидать клетку и легко в нее возвращаться.

Это объясняет слабость и несвоевременность иммунного ответа организма человека.

Вирусам присущи:

· Способность к самовоспроизведению,

· Способность передавать наследственность,

· Генетическая изменчивость.Мутации генов вируса гриппа происходит в миллион раз быстрее, чем в клетках, в которых они паразитируют. Иммунная система человека не успевает за этими изменениями.

· Поверхностные системы структуры ВИЧ изменяются в 100-1000 раз быстрее, чем вирус гриппа и это осложняет создание вакцин против ВИЧ-инфекции.).

· Адаптация к определенной экологической нише, к определенному хозяину.

· Способность вызывать инфекцию, размножаться в клетке хозяина и даже приводить к гибели хозяина.

· Функционирование вирусного генома по общим законам генетического кода.

Вирусы нельзя назвать организмами.

Вирусы имеют принципиальные отличия от других живых систем:

· малые размеры,

· очень простое строение – геном, состоящий из ДНК или РНК, и капсид ( белковая оболочка),

· отсутствие клеточного строения ( нет цитоплазмы, клеточных мембран, рибосом),

· наличие только одного вида нуклеиновых кислот – ДНК или РНК,

· отсутствие способности к росту и бинарному делению,

· паразитизм на молекулярном (генетическом уровне)- в клетку проникает только геном вируса и полностью подчиняет её своим интересам,

· способность к интеграции собственного генома с геномом клетки,

· невозможность существовать без клетки хозяина.

Вирус, находящийся вне клетки, называется вирионом.

Масса вирионов определяется косвенно при ультроцентрифугировании в единицах Сведберга.

Размеры вирусов – 20 – 400 нм.

Основной компонент вириона – белковая оболочка капсид.

Капсиды состоят из белковых субъединиц – капсомеров.

В состав вириона входят:

· белки – 70-80%, (выполняют защитную, адресную, регулирующую функции)

· нуклеиновые кислоты – 4-6% (РНК), 20-30% (ДНК-вирусы). У вирусов геномной м.б. как ДНК, так и РНК

· липиды и углеводыимеются в незначительных количествах.

- наличие липидов характерно для патогенных вирусов

- наличиеуглеводовтолько у сложно устроенных вирусов. Углеводный компонент определяется клеткой хозяина.

В составе вирусов могут быть и другие компоненты:

· фосфаты (аденовирусы, ретровирусы, герпесвирусы, поксвирусы),

· микроэлементы – медь, молибден (ВИЧ, грипп, поксвирусы).

БАКТЕРИОФАГИ

Бактериофаг – вирус бактерий, паразитирующий только на живой микробной клетке и является важным генетическим фактором микроорганизмов. (от лат. «phagos»- пожирающий), вызывающих лизис (разрушение) клеток микроорганизмов.

Открыт французским ученым д^,Эррелем.

Бактериофаг представляет собой шаровидное тело (головку) с отростком. вирус покрыт белковой оболочкой. В головке фага заключены ДНК или РНК.

Размеры фага от 45 до 100 нм.

Стадии (фазы) взаимодействия бактериофага с бактериальной клеткой:

I фаза – адсорбция на клетке при соответствии фаговых рецепторов с рецепторами бактериальной клетки.

II фаза – внедрение фага в клетку, через канал фага в клетку попадает его нуклеиновая кислота. В отличие от вирусов капсидные белки головки и отростка остаются вне бактериальной клетки.

III фаза– репликация фаговой ДНК или РНК, синтез фагоспецфических ферментов транскрипции и репликации.

IV фаза – сборка фаговых частиц, которая происходит гораздо быстрее, чем при репродукции других вирусов.

V фаза – выход фага из клетки происходит по типу взрыва, во время которого зараженные бактерии лизируются.

Существуют фаги:

· Вирулентные фаги -вызывающие инфекцию, заканчивающуюся лизисом бактериальных клеток и синтезом новых фаговых частиц.

· Умеренные фаги – не лизируют зараженные ими клетки, ДНК этих фагов включаются в хромосому бактерий и передается при их делении неограниченному числу потомков. Такой тип взаимодействия фага с клеткой называется лизогенией,а бактерии, несущие в геноме фаговую ДНК (профаг), называются лизогенными. Они широко распространены в природе, обнаруживаются в воде, почве, сточных водах, испражнениях больных. Клетки приобретают новые признаки, определенные профагом и способны вырабатывать токсины, например, дифтерийный. Лизогенные клетки используются для изучения многих вопросов генетики бактерий.

Большинство фагов характеризуютсявидоспецифичностью в отношении бактерий.

В практической работе фаги применяют для:

· Фаготипирования бактерий, что важно для маркировки исследуемых культур при эпидемиологическом анализе заболеваний

· Дифференцировки бактериальных культур для установления их видовой принадлежности

· Фагодиагностики - выделении фага из организма больного (например из испражнений), что косвенно свидетельствует о наличии в материале соответствующих микроорганизмов

Так как фаги обладают антигенными свойствами, их используют и для иммунизации животных с целью получения диагностических антифаговых сывороток.

В отдельных случаях фаги применяют для лечения инфекционных заболеваний (фаготерапия).

ЭУКОРИАТИЧЕСКАЯ КЛЕТКА

Им свойственна более сложная организация.

Они имеют различную форму и размеры и образуют как одноклеточные, так и многоклеточные организмы.

Различают животные и растительные эукариотические клетки. Они имеют общий принцип строения, хотя им присущи и некоторые различия.

В типичной эукариотической клетке имеются:

· ядро,

· цитоплазма

· оболочка.

Характерной чертой строения эукариотических клеток является мембранный принцип.

Биологические мембраны

Биологические мембраны входят в состав клеточной оболочки многих органоидов и оболочки ядра. Они имеют общую организацию и выполняют ряд важнейших функций.
Мембраны имеют толщину около 5-10 нм и по химической организации являются липопротеидными структурами.

Основу мембран составляет липидный бислой, состоящий преимущественно из фосфолипидов.

Кроме фосфолипидов, в мембранах могут присутствовать гликолипиды и холестерол.

Все липиды обладают свойством амфипатричности, т.е. у них есть гидрофильный конец («любящий воду») и

гидрофобный конец («боящийся воды») .

Гидрофильные концы обращены кнаружи от бислоя в виде двух противоположных рядовполярных «головок»,

Гидрофобные –внутрь друг к другу и имеют вид разветвленных неполярных «хвостов».

Большинство фосфолипидов и гликолипидов в водной среде самопроизвольно образуют бислой и смыкаются свободными концами, что лежит в основе восстановления структуры мембран при повреждении.

Липидный бислой определяет основные структурные особенности мембран

1 — молекула липида;

2 — липидный бислой;

3 — интегральные белки;

4 — периферические белки;
5 — полуинтегральные белки;

Липидный бислой может находиться в состоянии жидкого и твердого кристалла.

Молекулы липидов высокоподвижныи способны перемешаться в пределах своего монослоя и очень редко из одного монослоя в другой.