Возникновение микробиологии. Работы Пастера и Коха
Билеты по микробиологии
Возникновение микробиологии. Работы Пастера и Коха
На протяжении тысячелетий человек жил в окружении невидимых существ, использовал продукты их жизнедеятельности, например продукты молочнокислого, спиртового, уксуснокислого брожений, страдал от них, когда эти существа были причиной болезни, но не подозревал об их присутствии, так как размеры существ много ниже предела видимости, на который способен человеческий глаз. Догадки человека о том, что брожение, гниение и инфекционные болезни — результат воздействия невидимых существ, были давно. Гиппократ (460—377 гг. до н.э.) предполагал, что заразные болезни вызываются невидимыми живыми существами. Итальянский врач и астроном Д. Фракастро (1478—1553) пришел к заключению, что повальные болезни от человека к человеку передаются мельчайшими живыми существами, хотя доказать этого не мог.
Возникновение микробиологии как науки стало возможным после изобретения микроскопа. Первым, кто увидел и описал микроорганизмы, был голландский натуралист Антоний ван Левенгук (1632—1723), который сконструировал микроскоп, дававший увеличение до 300 раз. В микроскоп он рассматривал все, что попадалось под руку: воду из пруда, различные настои, кровь, зубной налет и многое другое.
n Период конца XVII до середины XIX в. вошел в историю как описательный, или морфологический. Этот период создал условие для перехода к следующему, физиологическому, этапу в развитии микробиологии. Основоположник его — выдающийся французский ученый-химик. Луи Пастер (1822—1895). Первые работы в области микробиологии, выполненные им, направлены на изучение природы брожения. В то время в науке господствовала теория Либиха, утверждавшая, что брожение и гниение — результаты окислительных процессов, обусловленных действием ферментов, и представляют чисто химическое явление, в котором микроорганизмы участия не принимают. Пастер доказал, что причина брожения и гниения — микроорганизмы, вырабатывающие различные ферменты. Каждый бродильный процесс имеет специфического возбудителя; гниение вызывается группой гнилостных бактерий и т. д. Изучая маслянокислое брожение, Пастер установил, что Вас. butyricum развивается в отсутствие кислорода воздуха и тем самым открыл явление анаэробиоза. Колба Л. Пастера для доказательства невозможности самопроизвольного зарождения жизни (1860 г.)
1857 г. – процесс брожения, принцип специфичности по получаемому продукту.
1860 г. – самопроизвольное зарождение жизни.
1865 г.- болезни пива и вина.
1868 г. – болезни шелковичных червей.
1881 г. – разработка вакцин.
1885 г. – 1-я прививка от бешенства
(вирус рода Lyssovirus).
Роберт Кох (1843-1910).
1905 г. за «исследования и открытия, касающиеся лечения туберкулеза» - Нобелевская премия по физиологии и медицине
1870 г. – среды для получения чистых культур
1876 г. – возбудитель сибирской язвы
1877 г. – анилиновые красители
1878 г. – триада Коха
1882 г. - возбудитель туберкулеза
1883-1884 гг. – возбудитель холеры
1905 г. - Нобелевская премия
Триада Коха (1878 г.) Для этиологического доказательства возбудителя заболевания нужно:
1. обнаружить МО
2. выделить его и получить чистую культуру
3.воспроизвести заболевание на животных
Основные этапы развития медицинской микробиологии
Луи Пастер – основатель иммунологии
1887 г. – доклад во Французской академии наук
Принципы профилактики инфекционных заболеваний ослабленными или убитыми возбудителями (куриная холера)
В русских летописях наряду с многочисленными описаниями болезней князей и представителей высшего сословия (бояр, духовенства) даны ужасающие картины больших эпидемий чумы и других заразных болезней, которые на Руси называли «мором».За период с XI по XVIII вв. в летописях упоминается о 47 «морах». Начинались они, как правило, в пограничных городах – Новгороде, Пскове, Смоленске, через которые проезжали иноземные купеческие караваны
В 1546г Профессор Падуанского университета, Дж. Фракастро написал свой труд «О контагии, контагиозных болезнях и лечении» в трех книгах, в котором он значительно поколебал бытовавшее ранее представления о «миазмах» .
Джозеф Листер (1827-1912)
Английский врач, хирург, основатель теории антисептики. Доказал, что МО вызывают нагноение ран, попадают из внешней среды с пылью, инструментами, на руках и одежде мед. персонала. Предложил использовать карболовую кислоту.
Пауль Эрлих (1854 – 1915)
Немецкий фармаколог и иммунолог, первые открытия в области химиотерапии, научно обосновал и впервые использовал препараты для лечения сифилиса (сальварсан 606 - соединение мышьяка).
Г.- Нобелевская премия
Эдвард Дженнер (1749—1823 г.г.)
Английский врач графства Глостершир, основоположник вакцинации (прививки коровьей оспы с целью предотвращения оспы натуральной). Идея прививки «оспы коров» возникла у молодого Дженнера в разговоре с пожилой дояркой, руки которой были покрыты кожными высыпаниями.
И.И. Мечников
С. Ивановка (Харьков).
1879 г. – теория происхождения многоклеточных организмов.
1882 г. – фагоцитоз.
1883 г.- фагоцитарная теория иммунитета.
1892 г. – теория сравнительной патологии воспаления.
Снелл, Доссе, Бенацераф
1980 г. – Нобелевская премия за открытия, касающиеся определенных структур на клеточной поверхности, регулирующих иммунные функции.
Механизмы распознавания клеток, иммунных реакций, отторжения трансплантата.
Распространение бактерий
МО составляют существенную долю живого вещества на планете:
0,2% от общего количества видов живых организмов
Описано 5 тыс. видов бактерий – это 5-6% от всех бактерий
В действительности - около 5 млн. видов МО
(для сравнения, известен 1 млн. видов насекомых)
Биоразнообразие бактерий
Различная форма, размеры: 0,2 мкм - самые мелкие, 1 мм - самые крупные, 1-2 мкм - средние размеры, 10-12 г – вес одной бактерии
Расположение
П: нет мембраны, ограничивающей его от цитоплазмы
Э: ограничено от цитоплазмы ядерной мембраной
2. ФормаП: кольцевая молекула ДНК, Э: хромосома
3. Внехромосомная ДНКП: расположена в плазмидах, Э: расположена в митохондриях
4. ГистоныП: есть гистоноподобные белки, Э: есть гистоны
5. Тип деленияП: бинарное, Э: митоз
Синтез белка:
1. РибосомыП: 70S(50S и 30S), Э: 80S (60S и 40S)
2. Мсто синтезаП: рибосомы свободно расположены в цитоплазме, Э: рибосомы в составе ш-ЭПС
Клеточная стенка:
1. Структурные элементыП: пептидогликан, Э: хитин или целлюлоза
2. СтеролыП: нет, Э: есть
Гетеротрофы
3. Энергия химических связей (органотрофы – расщепление органических веществ)
Типы дыхания бактерий
Дыхание (или биологическое окисление) — это сложный процесс, который сопровождается выделением энергии, необходимой микроорганизмам для синтеза различных органических соединений. Бактерии, как и высшие животные, для дыхания используют кислород. Однако Л. Пастером было доказано существование таких бактерий, для которых наличие свободного кислорода является губительным, энергия, необходимая для жизнедеятельности, получается ими в процессе брожения.
Все бактерии по типу дыхания подразделяются на облигатные аэробы, микроаэрофилы, факультативные анаэробы, облигатные анаэробы.
Облигатные (строгие) аэробы развиваются при наличии в атмосфере 20% кислорода (микобактерии туберкулеза), содержат ферменты, с помощью которых осуществляется перенос водорода от окисляемого субстрата к кислороду воздуха.
Микроаэрофилы нуждаются в значительно меньшем количестве кислорода, и его высокая концентрация хотя и не убивает бактерии, но задерживает их рост (актиноисцеты, бруцеллы, лептоспиры).
Факультативные анаэробы могут размножаться как в присутствии, так и в отсутствие кислорода (большинство патогенных и сапрофитных микробов — возбудители брюшного тифа, паратифов, кишечная палочка).
Облигатные анаэробы — бактерии, для которых наличие молекулярного кислорода является губительным (клостридии столбняка, ботулизма).
Аэробные бактерии в процессе дыхания окисляют различные органические вещества (углеводы, белки, жиры, спирты, органические кислоты и пр.).
Дыхание у анаэробов происходит путем ферментации субстрата с образованием небольшого количества энергии. Процессы разложения органических веществ в безкислородных условиях, сопровождающиеся выделением энергии, называют брожением. В зависимости от участия определенных механизмов различают следующие виды брожения: спиртовое, осуществляемое дрожжами, молочно-кислое, вызываемое молочно-кислыми бактериями, масляно-кислое и пр.
С выделением большого количества тепла при дыхании некоторых микроорганизмов связаны процессы самовозгорания торфа, навоза, влажного сена и хлопка.
Таксисы бактерий
· Плавание с определенной целью – поиск питательных субстратов или избегание действия неблагоприятных факторов.
· Целенаправленное передвижение - способность к таксису.
· Плыть в направлении более благоприятных условий – положительный таксис.
· Избегать неблагоприятных условий – отрицательный таксис.
· Таксис – ориентированное движение МО в направлении к аттрактанту и удаление от репеллента.
Разновидности таксисов
· 1. хемотаксис – реакция на изменение концентрации растворенных веществ
· 2. аэротаксис - кислорода
· 3. осмотаксис - осмолярности
· 4. фототаксис - освещенности
· 5. термотаксис - температуры
· 6. тигмотаксис – механического воздействия
· 7. гальванотаксис – электрического тока
· 8. магнитотаксис – магнитного поля
Этапы биосинтеза белка
Биосинтез белка происходит в два этапа. В первый этап входит транскрипция и процессинг РНК, второй этап включает трансляцию. Во время транскрипции фермент РНК-полимераза синтезирует молекулу РНК, комплементарную последовательности соответствующего гена (участка ДНК). Терминатор в последовательности нуклеотидов ДНК определяет, в какой момент транскрипция прекратится. В ходе ряда последовательных стадий процессинга из мРНК удаляются некоторые фрагменты, и редко происходит редактирование нуклеотидных последовательностей. После синтеза РНК на матрице ДНК происходит транспортировка молекул РНК в цитоплазму. В процессе трансляции информация, записанная в последовательности нуклеотидов, переводится в последовательность остатков аминокислот.
Процессинг РНК
Между транскрипцией и трансляцией молекула мРНК претерпевает ряд последовательных изменений, которые обеспечивают созревание функционирующей матрицы для синтеза полипептидной цепочки. К 5΄-концу присоединяется кэп, а к 3΄-концу поли-А хвост, который увеличивает длительность жизни иРНК. С появлением процессинга в эукариотической клетке стало возможно комбинирование экзонов гена для получения большего разнообразия белков, кодируемых единой последовательностью нуклеотидов ДНК, — альтернативный сплайсинг.
Трансляция
У прокариот мРНК может считываться рибосомами в аминокислотную последовательность белков сразу после транскрипции, а у эукариот она транспортируется из ядра в цитоплазму, где находятся рибосомы. Скорость синтеза белков выше у прокариот и может достигать 20 аминокислот в секунду[1]. Процесс синтеза белка на основе молекулы мРНК называется трансляцией.
Рибосома содержит 2 функциональных участка для взаимодействия с тРНК: аминоацильный (акцепторный) и пептидильный (донорный). Аминоацил-тРНК попадает в акцепторный участок рибосомы и взаимодействует с образованием водородных связей между триплетами кодона и антикодона. После образования водородных связей система продвигается на 1 кодон и оказывается в донорном участке. Одновременно в освободившемся акцепторном участке оказывается новый кодон, и к нему присоединяется соответствующий аминоацил-т-РНК.
Во время начальной стадии биосинтеза белков, инициации, обычно метиониновый кодон узнаётся малой субъединицей рибосомы, к которой при помощи белковых факторов инициации присоединена метиониновая транспортная РНК (тРНК). После узнавания стартового кодона к малой субъединице присоединяется большая субъединица и начинается вторая стадия трансляции — элонгация. При каждом движении рибосомы от 5' к 3' концу мРНК считывается один кодон путём образования водородных связей между тремя нуклеотидами (кодоном) мРНК и комплементарным ему антикодоном транспортной РНК, к которой присоединена соответствующая аминокислота. Синтез пептидной связи катализируется рибосомальной РНК (рРНК), образующей пептидилтрансферазный центр рибосомы. Рибосомальная РНК катализирует образование пептидной связи между последней аминокислотой растущего пептида и аминокислотой, присоединённой к тРНК, позиционируя атомы азота и углерода в положении, благоприятном для прохождения реакции. Ферменты аминоацил-тРНК-синтетазы присоединяют аминокислоты к их тРНК. Третья и последняя стадия трансляции, терминация, происходит при достижении рибосомой стоп-кодона, после чего белковые факторы терминации гидролизуют последнюю тРНК от белка, прекращая его синтез. Таким образом, в рибосомах белки всегда синтезируются от N- к C-концу.
Ферменты микроорганизмов
• Энзимы– специфические белки, которые катализируют химические реакции.
• Классификация ферментов бактерий:
1. По типу катализируемой реакции – оксиредуктазы, лиазы, трасферазы, гидролазы и т.д.
2. По локализации – эндоферменты – катализируют реакции внутри клетки. Экзоферменты – выделяются из бактериальной клетки, катализируют расщепление
3. Генетический контроль образования – конститутивные (в течение всего жизненного цикла, не влияет наличие субстрата), индуцибильные – они образуются в ответ на наличие субстрата
4. По субстрату – протеолитические – расщепляют белки, сахаролитические – расщепляют углеводы, липолитические – расщепляющие жиры.
Протеазы
· расщепляют белки до аминокислот, мочевины, индола, сероводорода, аммиака. По выделению этих продуктов на средах с белком выявляют наличие протеаз.
Среды:
· С желатином – разжижение среды
· На свернутой сыворотке - по ее разжижению
· На молоке - по его просветлению
· Казеин – будет разрушаться, белок свертываться.
· На МПБ по выделению газа индола и сероводорода, которые выявляют с помощью индикаторных бумажек.
Сахаролитические ферменты
· расщепляющие углеводы
· Эти ферменты расщепляют углеводы до альдегидов, кислот, углекислого газа и H2.
· Для их определения используют МПБ или МПА, к которым добавляют индикатор кислотообразования + углевод + поплавок для газообразования.
· Пример - среды Гисса. Если свет среды меняется, выделяется газ, значит идет расщепление углеводов (моносахара).
· На этом принципе создаются панели, планшеты, бумажные индикаторные системы и приборы для учета ферментативной активности.
Липолитические ферменты
липазы – выявляют на ЖСА – желточно-солевой агар, который содержит желток - разрушение липидов желтка сопровождается помутнением среды
Морфология бактерий
Рибосомы бактерий
• Прокариотические Р относятся к 70S типу.
• Эукариотические Р - к 80S типу.
• Рибосомы имеют четкие контуры.
• Мембраной не окружены.
• Количество rb строго регулируется и составляет ~ от 1-100 x 1000 на клетку.
• В клетке E.coli – 1000 Р.
• rb распределены диффузно в цитоплазме
• Иногда rb расположены вблизи ЦПМ.
Функции рибосом
• rb выполняют функцию трансляции генетической информации – синтез белка на матрице иРНК.
• rb, нанизанные на иРНК образуют полисомы.
Нуклеоид
• 2-й структурный компонент цитоплазмы
• четко различима область цитоплазмы с ДНК, не окруженная мембраной.
• Н включает хромосому и лишен рибосом.
• Хромосома и плазмиды составляют геном
• Геном – совокупность генов.
Строение ЦПМ
У большинства бактерий снаружи от ЦПМ есть особая структура – клеточная стенка (КС)
КС отсутствует у микоплазм (р. Mycoplasma)
ЦПМ – единственное мембранное образование бактерий, определяет ее жизнедеятельность
У бактерий нет мембран ядра, митохондрий, АГ и ЭПС
ЦПМ образована двумя слоями фосфолипидов (ФЛ) с комплексами белков
ФЛ есть во внешнем и внутреннем листке ЦПМ, холестерины отсутствуют
Белки ЦПМ
• В состав мембран входят белки и белковые комплексы
• Белки интегральные могут несколько раз пронизывать мембрану
• Белки гидрофобные – внутри мембран
• Белки гидрофильные – снаружи на поверхности мембран
• Белки периферические – находятся на мембране, не в цитоплазме – в основном, ферменты.
Жирные кислоты ЦМП бактерий
• ЖК состоят из 16-18 атомов углерода
• У бактерий, в отличие от эукариот, практически отсутствуют двойные (ненасыщенные) связи в ЖК
• Степень насыщенности ЖК определяет свойства бактериальных мембран
• У бактерий мембраны должны находиться в переходном подвижном состоянии, чтобы активно реагировать на воздействия извне
• Подвижное состояние мембран бактерий обеспечивает широкие температурные границы их существования
Функции ЦПМ
Строение ЦПМ определяет ее функции
ЦПМ - полифункциональная структура, вместилище различных ферментов.
Ферменты участвуют в самых различных процессах жизнедеятельности бактерий.
Все функции мембраны связаны и плавно перетекают друг в друга.
Условно выделим 5 групп функций ЦПМ
1. Регуляция осмотического давления - главный осмотический барьер.
2. Энергетическая функция.
3. Транспортная функция.
4. Сенсорная функция.
5. Регуляция деления бактериальной клетки.
Энергетическая функция
Система первичной протонной помпы или протондвижущая сила (ПДС) возникает:
1. В результате дыхания.
2. Источником может быть энергия света.
3. ПДС возникает за счет работы белкового комплекса АТФ-азы (включает 7 разных белков).
4. За счет ПДС протоны Н+ поступают внутрь клетки.
ПДС складывается за счет:
Электрического мембранного потенциала
Разности рН между наружной и внутренней сторонами мембраны.
Или тем и другим одновременно.
Процесс идет за счет энергии АТФ.
Другие варианты первичной помпы
Вместо протонов (Н+) могут работать другие ионы, например, K+, Na+.
K+ первичная помпа.
Na+ первичная помпа.
В этих случаях происходит поступление K+, Na+ за счет энергии АТФ.
Например: морские бактерии, термофилы, бактерии в рубце жвачных животных.
Т.о., ПДС может создаваться за счет разных ионов.
Транспортная функция ЦПМ
Бактерии могут существовать только во влажной среде, поглощая растворенные вещества.
Все вещества должны проходить через ЦПМ.
Перенос веществ через ЦПМ
• Существует несколько вариантов переноса веществ через ЦПМ:
• 1. Активный транспорт
• 2. Вторичная помпа
1. Первый вариант переноса - активный транспорт Участвуют специфические транспортные белки – пермеазы, отличаются друг от друга по ряду показателей: по степени сродства к субстрату, по специфичности к определенным веществам, по эффективности определения концентрации веществ в клетке и вне клетки
2. Второй вариант переноса-вторичная помпа при участии энергетического протонного потенциала – вторичной помпы.
В этом случае специфические белки катализируют перенос различных субстратов за счет ПДС.
Как и в случае первичной помпы это перенос, но различных веществ (не только ионов Н+, K+, Na+) в клетку за счет разности мембранного потенциала, обеспечивающего
1-й вариант вторичной помпы
• Унипорт – втягивание вещества отрицательным зарядом за счет разности потенциалов на мембране. Например, электрофоретический вариант переноса вещества.
2-й вариант вторичной помпы
• Синпорт– белок катализирует одновременный и однонаправленный перенос веществ (двух или сразу нескольких) вместе с протоном за счет ПДС. Например, Н+ и лактоза.
3-й вариант вторичной помпы
• Антипорт – белки вторичной помпы катализируют одновременный и встречный перенос двух различных веществ. Например, Н+ и иона Са+ или Na+.
Сенсорная функция ЦПМ
• Бактерии способны улавливать и определять малейшие изменения в окружающей среде
• Сенсорные системы бактерий похожи на подобные системы в клетках высших организмов.
Строение муреина (пептидогликана, ПГ) кс бактерий
ПГ = муреин от лат. Murus - стена
ПГ - гетерополимер
ПГ – сложный комплекс,
состоит из 2-х частей:
1. гликановая часть
состоит из 2-х аминосахаров (N-ацетилглюкозамин, N-ацетилмурамовая к-та), соединенных 1, 4 В гликозидной связью
2. пептидная часть
Лизоцимоподобные ферменты
· Эндопептидаза
· Бактериоцины
Функции лизоцимоподобных ферментов В процессе роста бактерий для вставки (импрегнации) в КС вновь синтезированных фрагментов ПГ.
Ферментативное разрушение ПГ идет только в определенных участках клеточной стенки.
Бактерии вырабатывают подобные ферменты для борьбы с другими бактериями.
Бактерии обладают устойчивостью к действию своих собственных ферментов (иммунитет).
Некоторые молекулы ферментов способны проникать через ПГ в просветы Ǿ около 2 нм.
Свободно проникают молекулы с Мм ~50 кДа.
L-трансформация
• Процесс образования L-форм получил название L-трансформации, или L-индукции.
• Способностью к L-трансформации обладают практически все виды бактерий, в том числе и патогенные (возбудители бруцеллеза, туберкулеза, листерии и др.).
• L-формам придается большое значение в развитии хронических рецидивирующих инфекций, носительстве возбудителей, длительной персистенции их в организме. Доказана трансплацентарная инвазивность L-форм бактерий.
• Инфекционный процесс, вызванный L-формами бактерий, характеризуется атипичностью, длительностью течения, тяжестью заболевания, трудно поддается химиотерапии.
Свойства:
· L – формы плеоморфны: нити, шары, кольца и др.
· При потере КС бактерии некоторое время могут существовать и без нее
· Ранее считали, что L – формы не способны к размножению
· При хронических заболеваниях (цистит, артрит и т.д.) показано деление L – форм
· При изменении условий L – формы, могут либо лизироваться и погибнуть, либо восстановить КС – регенерировать и вызвать рецидив заболевания
Морфология колоний L – форм
·Форма "яичницы-глазуньи".
·Включает клетки неправильной формы, часть которых проваливается в глубину ППС.
·Для выращивания L–форм на ППС необходима сыворотка для стабилизации ЦПМ стеролами.
Протопласты, сферопласты
· Бактерии шарообразной формы с разрушенной КС
· Из Гр- бактерий образуются протопласты - на поверхности ЦПМ отсутствуют фрагменты КС
· Из Гр+ бактерий образуются сферопласты - на поверхности ЦПМ могут оставаться фрагменты КС
Типы связей в молекуле ПГ
1. гликозидная
2. пептидные
3. пентаглициновые мостики (у Гр+)
Строение ПГ необходимо учитывать при создании новых АМП
ПГ – основная мишень для АМП у бактерий
Функции ПГ
1. Основная функция – стабильность – поддержание постоянной формы бактерии
2. Иммунологические функции: иммуномодулятор, запускает классический и альтернативный пути активации системы комплемента
3. Тормозит фагоцитарную активность макрофагов
4. Угнетает миграцию макрофагов
5. Обладает противоопухолевым действием
24. Особенности строения кс Гр(+) бактерий
Firmicutes – грамположительные бактерии (окр. синяя) Staphylococcus aureus
Тейхоевая кислота
Полимеры - сложные комплексы многоатомных спиртов с сахарами, АК и фосфатами. Определяет антигенные свойства, Связывает ионы магния и кальция, Регуляторы ПЦ-связывающих белков
Поверхностные компоненты Гр+ бактерий
Белок А (S.aureus – условно-патогенные стафилококки - возбудители гнойно-воспалительных процессов, сепсиса, фурункулеза и т.д.)
Белок М (S.pyogenes – патогенные стрептококки, вызывают ангину, рожистое воспаление, сепсис и т.д.)
Иммунологическая мимикрия!!!
• Перитрихи
• Пили почти всегда отсутствуют
• Деление путём септирования
• Устойчивы к плазмолизу
• Способны к образованию эндоспор
Строение липополисахарида
липид А, над которым располагается внутреннее и наружнее полисахаридные ядра и О-антиген
• Разные типы жгутикования
• Пили есть
• Деление перетяжкой
• Чувствительны к плазмолизу
• Не образуют эндоспор
Строение липополисахарида
липид А, над которым располагается внутреннее и наружнее полисахаридные ядра и О-антиген
Микроорганизмы, лишенные кс
L-формы — бактерии, частично или полностью лишённые клеточной стенки, но сохранившие способность к развитию. Впервые обнаружены в 1894 году Н.Ф. Гамалеем. Буква L — первая буква названия Листеровского института в Лондоне, где впервые Эмми Кляйнебергер-Нобель обратила внимание на развитие морфологически весьма необычных клеток в культуре бактерий Streptobacillus moniliformis, выделенной из жидкости уха крысы. Позже были описаны L-формы у самых разных видов бактерий. Было показано, что L-формы возникают спонтанно или индуцировано - под воздействием агентов, блокирующих синтез клеточной стенки: антибиотиков (пенициллины циклосерин, цефалоспорины, ванкомицин), ферментов (лизоцим, амидаза, эндопептидаза) ультрафиолетовых и рентгеновских лучей, аминокислоты глицина.
L-формы образуются в результате несбалансированного роста нормальных бактериальных клеток в длину и в толщину и поэтому полиморфны. В культурах L-форм обнаруживаются шаровидные, нитевидные или вовсе бесструктурные клетки размером от 0,2 до 50 мкм. Они спокойно проходят через бактериальные фильтры и легко разрушаются при механических воздействиях. В отличие от нормальных клеток L-формы часто содержат крупные вакуоли. Их метаболическая активность очень низкая. Клеточное деление происходит нестандартно, за счёт образования элементарных тел путём отпочкования от поверхности клетки или от мембраны вакуоли.
Капсула бактерий
n Капсула – структурный компонент бактериальной клетки на поверхности клеточной стенки.
n К–АГ - капсульный антиген (материал капсулы).
Строение капсулы
· Микрокапсула
· Капсула
· Слизистые слои
Функции капсулы
· 1. Защитная (Klebsiella pneumoniae, Streptococcus pneumoniae).
· 2. Антигенная – К-АГ - фактор патогенности (E.coli 70 разновидностей К-АГ).
· 3. Вещество капсулы определяет иммунологическую мимикрию (Yersinia pestis).
· 4. У роящихся бактерий (Proteus mirabilis) слизь способствует движению.
· 5. Функция прикрепления к субстрату - адгезия (Streptococcus mutans).
Строение эндоспор
В сердцевине:
· дипиколиновая кислота,
· ионы Са2+ (цементируют сердцевину споры)
· низкомолекулярные белки (связываются с молекулой ДНК, придавая ей стабильность)
· сердцевина обезвожена и окружена мембранами (активной функции не выполняют)
затем слой муреина – кортекс (основа будущей клеточной стенки)
все окружает эндоспориум (вещества различной химической природы)
Свойства эндоспор
· споры термофильной бактерии Thermoactinomyces пролежали 110 лет в илах, воде и т.д.
· споры Bacillus circulaus пролежали 350 000 000 лет в отложениях соленых высохших озер.
Образование, функции, прорастание эндоспор
Образование спор
· Дифференцировка приводит к образованию клеток с различными функциями.
· Формируется особый тип клеток - покоящиеся формы (споры)
· Споры образуют в основном Гр(+) бактерии:
· 6 родов: Bacillus,
Clostridium,
Streptomyces и др.
· Гр(-) спорообразующая бактерия р. Sporomasa (имеет форму банана)
Я стадия
· в оптимальных условиях клетки
B. subtilis размножаются бинарным делением, при котором образуется перегородка в центре материнской клетки.
· при исчерпании питательного субстрата и высокой плотности популяции появляется первый признак споруляции – ассиметрично расположенная перегородка (спорулирующая септа)
Стадия
· клетка делится септой на 2 части:
· 1 – большой клеточный компартмент - развивается материнская клетка
· 2-й - меньший компартмент – будущая спора (предспора).
· Мембраны материнской клетки окружают меньший компартмент, формируя двойную мембрану вокруг предспоры.
3 стадия -образуется протопласт предспоры, покрытый 2-мембранной структурой (зародышевой клеточной стенкой).
4 стадия – между двумя мембранами откладывается пептидогликан – образование кортекса споры.
5 стадия – сборка белковых покровов споры.
6-я стадия - созревание - спора становится устойчивой к действию физических и химических факторов и приобретает свойства покоящейся формы
На последней 7-й стадиипроисходит лизис материнской клетки с освобождением споры – обезвоженной покоящейся формы клетки, сильно преломляющей свет.
Функции эндоспор:
Способны выдерживать стресс, сохраняя жизнеспособность
Практически лишены воды, находясь в состоянии покоя, устойчивы к различным физ-хим воздействиям:
· химические вещества,
· пониженная Т°
· повышенная Т°
· частично УФ-излучение.
Прорастание эндоспор
· Необходимо снять внутренний и внешний покой
· (напр. нагреванием - чтобы рецепторы споры восприняли сигнал).
· Для Bacillussubtilis сигналом служит аминокислота аланин, при ее добавлении в среду споры начинают прорастать.
· Для других бактерий сигналы: глюкоза, фруктоза, ионы К+
Классификация фимбрий
1. Общего типа - к любым субстратам, контроль генами в составе хромосомы
2. Только к клеткам эпителия кишечника, контроль плазмидами - внехромосомная ДНК (E.coli)
3. Определяют повышенную способность к колонизации (Neisseria gonorrhoeae и N. meningitidis)
4. Для прикрепления и перемещения по субстрату с целью его колонизации (Pseudomonas aeruginosa)
5. Половые пили (sex-pili) - передача генетического материала в процессе конъюгации
Типы жгутикования
1. Монотрихиальный - единственный жгутик на полюсе – монотрих (Vibrio cholerae
2. Лофотрихиальный - пучок на одном полюсе клетки – лофотрих (р. Pseudomonas)
3. Амфитрихиальный - пучки жгутиков на двух полюсах – амфитрих (р. Spirillum).
4. Перитрихиальный - жгутики по всей поверхности клетки – перитрих (р. Salmonella).
Типы движения
· 1. Подтягивающий тип движения – за счет фимбрий ( Pseudomonas aeruginosa).
· 2. Движение плавающего типа. Осуществляется в жидких средах за счет наружных жгутиков – V.cholerae.
· 3. Движение по типу роения – по поверхности плотных питательных сред - Proteus vulgaris за счет наружных жгутиков по слизи.
· 4. Движение в вязких средах за счет периплазматических жгутиков. Спирохеты Treponema pallidum.
Работа жгутиков
· Жгутик вращается за счет движения крюка.
· Вращение крюка происходит за счет ПДС.
· Н+ с внешней мембраны по системе дисков проходят до нижнего СМ-диска.
· отрицательно заряженные АК и белки за счет Н+ заряжаются положительно.
· При перескакивании Н+ происходит поворот жгутика.
· После поворота с карбоксильных групп АК Н+ уходят в цитоплазму.
· У бактерий могут быть разные типы жгутиков, работающие за счет Н+, или ионов Na+.
· Жгутик - мотор, работающий на Н+, или ионах Na+, а не на электронах.
Работа
· Жгутик работает как винт или пропеллер.
· Скорость вращения крюка – 300 об/сек
· Ср. скорость движения – 100 мкм/сек
· Самый быстрый пловец в мире МО – Vibrio cholerae
- 72 cм/час
· В сравнении с человеком - 100 км/час
Инициация репликации
Включает 3 стадии:
1.Узнавание точки начала
репликации - oriC
2.Синтез РНК-затравки
3.Связывание ДНК-хеликазы с матрицей
4. Связывание SSB-белков с матрицей
Элонгация
· рост реплицирующегося фрагмента (репликона).
· 1-я цепь (ведущая) – синтезируется непрерывным способом.
· 2-я цепь (отстающая) – синтезируется прерывисто путем образования фрагментов Оказаки (сшиваются лигазой).
· За синтез отвечают холоферменты (от англ. – объединяющие):
· ДНК-полимераза I
· ДНК-полимераза III
Терминация
· окончание процесса синтеза, т.е. завершение репликации - в точке terC.
· после завершения репликации бактерия переходит к следующему - 2-му этапу клеточного цикла -
Расхождению хромосом
· в процессе репликации и разделения цепей ДНК происходит их конденсация и суперспирализация
· непосредственно после завершения репликации 2 дочерние хромосомы спутаны и сцеплены
· чтобы разделиться они должны быть расцеплены
· затем хромосомы расходятся в стороны – в центры будущих дочерних клеток
Мономорфное деление
· после разделения материнской бактериальной клетки образуются две одинаковые дочерние клетки.
· нет материнской и дочерней клеток – это мономорфное деление – т.е. деление, при котором образуются две равноценные клетки.
· пример бессмертия!!!
Покоящиеся формы бактерий
VBNC –некультивируемые формы (покоящиеся) МО – нанобактерии. Методом ПЦР определили 15 тыс. фантомных генотипов некультивируемых форм (нанобактерий)
Методы микроскопии м/о
Виды микроскопии:
• Светлопольная (в проходящем свете)
• Темнопольная (прижизненное изучение в нативных неокрашенных препаратах) Явление дифракции света при сильном боковом освещении взвешенных в жидкости мельчайших частиц (эффект Тиндаля)
• Фазово-контрастная (нативные прозрачные объекты)На светло-сером фоне наблюдается темно-серый рельефный объект с ярко выраженным контуром. Применяется для исследования неокрашенных прозрачных объектов, в частности, живых клеток.
• Люминесцентная (флюоресцентная) – люминесценция объекта под влиянием света (живые и неживые объекты в небольшом количестве)
• Электронная микроскопия (сканирующая, просвечивающая)
Метод окраски по Граму
· Краситель - генциановый фиолетовый
· Образуется комплекс
· После обработки спиртом одни бактерии обесцвечиваются, другие нет
· После специальной докраски сафранином, часть бактерий – розовые
· Часть – темно-синие или фиолетовые
Метод окраски по Ожешко (и)
• На нефиксированный мазок нанести 0,5% раствор HCl и подогреть на пламени 2-3 минуты кислоту слить, препарат промыть водой, просушить, зафиксировать
• затем окрасить по