Взаимодействие бактериофага с бактериальной клеткой

Как все вирусы, бактериофаги не размножаются на питательных средах. Их размножение происходит только в чувствительных к ним бактериальных клетках, в процессе взаимодействия, в котором наб­людаются те же фазы, что при взаимодействии других вирусов с клет­кой.

Адсорбция бактериофага.Как все вирусы, фаги неподвижны, и стол­кновение с бактерией происходит случайно, затем адсорбция стано­вится прочной, если у клетки имеются на поверхности фагос-пецифические рецепторы. Фаги, имеющие сократительный чехол, ад­сорбируются с помощью хвостового отростка.

Внедрение фага внутрь клетки.Под дей­ствием фермента лизо-цима, который находится в хвостовом сегменте, в клеточной стенке бакте­рии образуется отверстие. Через это отверстие в ре­зультате сокращения хво­стового чехла внутрь бак­териальной клетки переходит ДНК фага. Белковый капсид остает­ся снаружи.

Синтез ДНК и белка бактериофага.В клетке прекращается синтез бактериальных белков. Образуются фаговые ДНК, а на рибосомах бактерий синтезируются молекулы фагового белка.

Формирование фага.Сборка зрелых фагов из ДНК и капсида про­исходит в цитоплазме клетки. Выход зрелых фагов из клетки происхо­дит при разрушении бактерий с помощью лизоцима, а затем зрелые фаги внедряются в новые клетки.

"Урожай" фага, в зависимости от его вида, составляет от 20 до 200 частиц. Весь цикл взаимодействия, занимающий от 10 минут до нескольких часов, называется литическим циклом, а фаг при таком вза­имодействии - вирулентным.

В отличие от вирулентных, умеренные фаги не лизируют бактерии. Их геном, проникнув в клетку, встраивается в хромосому бактерии и в дальнейшем остается в хромосоме в виде профага и реплицируется вме­сте с ней. Бактерии, несущие профаг, называются лизогенными, а само явление - лизогенией. Лизогенные бактерии встречаются очень часто. Профаг, находясь в геноме бактерии, придает ей какие-либо новые свой­ства. Так, например, продукция экзотоксина у палочек дифтерии и бо­тулизма связана с наличием профага.

В определенных условиях (воздействия температуры, химических веществ и др.) профаги могут превратиться в вирулентные бактерио­фаги. Размножаясь, они лизируют бактерии и могут переходить в дру­гие бактериальные клетки. При выходе из хромосомы профаг может захватить соседние гены бактериальной хромосомы и при заражении другой бактерии, встроившись в ее хромосому, передать эти гены. Пе­редача генетического материала от одной бактерии к другой с помо­щью умеренного бактериофага называется трансдукцией. Таким об­разом могут передаваться такие признаки, как устойчивость к антиби­отикам, способность продуцировать какие-либо ферменты. Умеренные бактериофаги применяются в генетической инженерии в качестве век­тора - переносчика генов.

Практическое значение бактериофагов

Препараты бактериофагов применяются для диагностики, профи­лактики и лечения. Фагодиагностика основана на специфичности бак­териофагов: видоспецифические бактериофаги лизируют только опре­деленные виды бактерий. Более того, бактерии одного и того же вида различаются по чувствительности к разным типовым бактериофагам, Таким образом можно с помощью набора типовых бактериофагов определять фаговары стафилококков, сальмонелл, вибрионов, Фаготипирование помогает установить источник инфекции и пути передачи.

Лечебно-профилактическое действие фагов основано на их литической активности.

Для получения препарата бактериофага культуру бактерий зара­жают бактериофагом. На следующий день лишрованную культуру фильтруют через бактериальный фильтр. К фильтрату в качестве кон­серванта добавляют хинозол.

Для количественной характеристики бактериофагов используют такой критерий, как титр бактериофага. Титр фага можно выразить двумя показателями:

1) наибольшее разведение препарата, при котором бактериофаг

лизирует соответствующие бактерии:

2) количество активных корпускул бактериофага в 1 мл препарата. Методы титрования бактериофага:

1) метод серийных разведении в пробирках с жидкой питательной

средой по Аппсльману;

2) двуслойный агаровый метод, при котором подсчитывают число негативных колоний фага на фоне сплошного роста бактерий – метод Грациа.

Готовый жидкий препарат бактериофага должен быть совершен­но прозрачным. При кишечных инфекциях препарат применяют вмес­те с раствором питьевой соды, так как кислое содержимое желудка разрушает бактериофаг. Препараты некоторых бактериофагов для инъекций и местного применения выпускают в ампулах. Для приема внутрь препараты бактериофагов выпускаются также в виде таблеток с кислотоустойчивым покрытием, которое в щелочной среде тонкого кишечника растворяется. В качестве покрытия применяется пектин или ацетилфталилцеллюлоза (ЛФП).

В нашей стране выпускаются препараты дизентерийного, сальмонсллезного, коли-протейпого, стафилококкового и других бакте­риофагов, а также наборы типовых фагов для фаготиинрования ста­филококков, брюшнотифозных и других бактерий.

ГЛАВА 8.

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ МИКРОБИОЛОГИЯ (МИКРОЭКОЛОГИЯ)

Экологическая микробиология изучает взаимоотношения микро-и макроорганизмов, совместно обитающих в биотопах. Это часть об­щей экологии - науки, изучающей взаимоотношения животных, расте­ний, микроорганизмов между собой и с окружающей средой.

Основные понятия:

- биотоп - участок биосферы с относительно однородными усло­виями жизни;

- популяция - совокупность особей одного вида, обитающих в оп­ределенном биотопе;

- микробиоценоз - сообщество популяций разных микроорганиз­мов, обитающих в определенном биотопе;

- экосистема (экологическая система) - совокупность организмов и среды их обитания, то есть система, состоящая из биотопа и биоцено­за; .

- геосфера - почвенная экосистема;

- гидросфера - водная экосистема;

- атмосфера - воздушная экосистема;

- биосфера - общая сумма всех экосистем, область распространения жизни на Земле.

В зависимости от среды обитания микроорганизмы разделяют на свободноживущяе и симбионты. Свободноживущие заселяют почву, воду, воздух и различные объекты внешней среды. В природе микроор­ганизмы распространены гораздо шире, чем другие живые существа. Благодаря малым размерам, приспособляемости к изменению условий существования, разнообразию источников питания, микроорганизмы можно обнаружить там, где другие живые существа жить не могут.

Характеризуя микрофлору почвы, воды и воздуха, целесообразно придерживаться определенного плана:

1) постоянная микрофлора данной среды;

2) значение данной среды как фактора передачи возбудителей за­болеваний;

3) определение микробной флоры.

При исследовании объектов внешней среды методами санитарной микробиологии определяются количественные показатели - общее ко­личество микроорганизмов в определенном объеме. Важной задачей исследования является обнаружение патогенных микробов и их ток­синов. Однако непосредственное их выявление представляет значи­тельные трудности. Причина в том, что патогенные микроорганизмы встречаются во внешней среде непостоянно, обычно в небольших ко­личествах, их трудно культивировать на питательных средах, некоторые из них вообще не культивируются на искусственных средах. Поэтому возможное загрязнение внешней среды патогенными микробами опре­деляют по косвенному показателю - обнаружению санитарно-показа-тельного микроорганизма.

В качестве санитарно-показательных выбирают те микробы, ко­торые постоянно и в больших количествах содержатся в тех выделе­ниях человека, которые для данной среды наиболее опасны. Сроки их выживания во внешней среде должны совпадать примерно со сроками выживания патогенных микробов. Санитарно-показательные мик­роорганизмы не должны интенсивно размножаться во внешней среде и должны легко обнаруживаться при лабораторном исследовании.

Микрофлора почвы

Почва является основной средой обитания многих микроорга­низмов, которые вместе с растениями и животными составляют раз­нообразные биогеоценозы. Состав микробиоценозов почвы зависит от многих внешних факторов, в том числе от агротехнических меропри­ятий, таких как вспашка, внесение удобрений, ядохимикатов.

Самый поверхностный тонкий слой почвы содержит мало микро­организмов, так как они погибают под влиянием солнечных лучей и высушивания. Наиболее обильна микрофлора почвы на глубине 10-20 см, а в более глубоких слоях количество микробов уменьшается.

Видовой состав почвенной микрофлоры весьма разнообразен: ана­эробные и аэробные бактерии, грибы, простейшие, вирусы.

Значение микрофлоры почвы велико для круговорота веществ в природе. Микробы осуществляют разложение и минерализацию органических животных и растительных остатков, попадающих в по­чву, процесс очищения ее от нечистот и отбросов.

Среди патогенных микробов имеются такие, для которых почва является постоянным местом обитания. Это возбудители ботулизма, ак-тиномицеты и грибы - возбудители микозов. Вторая группа - это спо-рообразующие бациллы и клостридии, которые попадают в почву с выделениями человека и животных и могут длительно здесь сохраняться в виде спор. Это бациллы сибирской язвы, клостридии столбняка и газовой анаэробной инфекции.

К третьей группе относятся неспорообразующие бактерии и ви­русы, которые попадают в почву с выделениями человека и живот­ных, сохраняются здесь в течение нескольких дней и месяцев. Это бактерии - возбудители брюшного тифа и дизентерии, палочки ту­беркулеза, лептоспиры, вирусы. Значение почвы как фактора пере­дачи при этих инфекциях относительно невелико.

Микробиологическое исследование почвы имеет значение при строительстве жилищ, детских учреждений, водохранилищ. Пробы по­чвы берут из глубины. Определяют микробное число - общее количество микроорганизмов в 1 г почвы и наличие санитарно-показательных мик­роорганизмов. Присутствие в почве Escherichia coli и Streptococcus faecalis указывает на свежее фекальное загрязнение, бактерий рода

Citrobacter и Enterobacter - на несвежее, a Clostridium perfringens - на давнее.

Микрофлора воды

Вода открытых водоемов, подобно почве, является естественной средой обитания многих видов бактерий, грибов, вирусов, простей­ших. В воде обитают также различные виды микробов, принимающих участие в круговороте веществ в природе и способствующих самоочи­щению воды благодаря разложению органических соединений. Харак­тер микрофлоры воды зависит от многих причин, и в особенности от загрязнения стоками ливневых, фекальных и промышленных нечистот. По мере удаления от населенных пунктов число микробов постепенно уменьшается. Наиболее чистыми являются воды глубоких артезианс­ких скважин и родников.

Вода имеет эпидемиологическое значение как фактор передачи ин­фекций. Наблюдались водные эпидемии холеры, брюшного тифа, леп-тоспирозов и других инфекционных болезней.

Санитарно-гюказательными микроорганизмами для воды являют­ся бактерии группы кишечной палочки (БГКП), принадлежащие к раз­ным родам семейства энтеробактерий. Санитарно-микробиологическое состояние воды оценивается по следующим показателям:

1) микробное число - общее количество бактерий в 1 мл воды;

2) коли-титр - наименьший объем воды в миллилитрах, в котором обнаруживаются БГКП;

3) коли-индекс - количество БГКП в 1 литре воды;

4) кроме того, в воде определяют наличие патогенных и условнопатогенных микроорганизмов: энтерококков, сальмонелл, холерного вибриона, энтеровирусов.

В соответствии с ГОСТом на питьевую водопроводную воду, мик­робное число ее должно быть не более 100, коли-титр должен быть не ниже 300, коли-индекс - не более 3.

Микрофлора воздуха

В воздух микробы попадают из почвы с поверхностей растений и животных, а также с промышленными отходами некоторых предпри­ятий. В отличие от воды и почвы, где микробы могут размножаться, в воздухе они только сохраняются в течение некоторого времени, а за­тем гибнут вследствие высыхания и влияния солнечных лучей. Ус­тойчивые к таким воздействиям микроорганизмы могут долго сохра­няться в воздухе. Это споры грибов, споры бактерий, сарцины и дру­гие кокки, образующие пигменты. Больше всего микробов в воздухе промышленных городов, меньше всего - в воздухе лесов и гор. В от­крытом воздухе количество микробов летом больше, чем зимой, в воз­духе закрытых помещений - наоборот.

Воздух может служить фактором передачи патогенных микробов: стафилококков, стрептококков, палочек дифтерии, коклюша, тубер­кулеза, а также вирусов кори, гриппа. Передача воздушно-капельным и воздушно-пылевым путем почти всегда происходит в закрытых по­мещениях и редко - на открытом воздухе.

Показатели санитарно-микробиологического состояния воздуха

закрытых помещений:

- микробное число - количество микробов, обнаруженных в 1 м³

воздуха;

- наличие санитарно-показательных бактерий: Streptococcus

haeraolyticus и Staphylococcus aureus.

Чистота воздуха зависит от своевременного проветривания по­мещения и влажной уборки. Применяется обработка воздуха бактери­цидными УФ-лампами. Для уменьшения контаминации воздуха при­меняют марлевые и ватно-марлевые маски.