Микробиология Борисов Л.В. Микробиология Борисов Л. Литература для студентов медицинских вузов
 Скачать 27.52 Mb.
|
phagos — пожирающий, а действие бактериофага, заканчивающегося лизисом бактерий, — феноменом бактериофагии.Химический состав Фаги, как и другие вирусы, состоят из нуклеиновой кислоты и белка. Большинство из них содержат двуните- вую ДНК, которая замкнута в кольцо. Однако существуют и однони- тевые фаги, например фаг ФХІ74. В составе некоторых фагов обнаружены ДНК с необычными азотистыми основаниями. Так, у фага Т вместо цитозина содержится 5-оксиметилцитозин. Некоторые фаги содержат РНК. Капсид головки фага и чехол отростка построены из полипептид- ных субъединиц по кубическому (головка) и спиральному (отросток) типу симметрии. В частицах некоторых фагов под чехлом дистальной частицы отростка (фаг Т) содержится фермент лизоцим. Внутри головки у фага Т обнаружен внутренний белок, в состав которого входят по лиамины (спермин, путресцин. Этот белок играет определенную роль в суперспирализации фаговой ДНК, которая только в таком виде может разместиться в сравнительно небольшой головке. Резистентность к факторам окружающей среды Фаги более устойчивы к действию физических и химических факторов, чем многие вирусы человека. Большинство из них инактивируются при температуре свыше С. Они хорошо переносят замораживание и длительно сохраняются при низких температурах и высушивании. Сулема (0,5% раствор, фенол (1% раствор) не оказывают на них инактивирующего действия. В тоже время 1% раствор формалина инактивирует фаг через несколько минут. Ультрафиолетовые лучи и ионизирующая радиация также вызывают инактивирующий эффекта в низких дозах — мутации. Взаимодействие фагов с бактериальной клеткой характеризуется последовательной сменой тех же стадий, которые были рассмотрены для вирусов животных и человека. Однако имеются и некоторые особенности. А д сорбция фага на бактериальной клетке происходит только при соответствии фаговых рецепторов, расположенных на конце отростка, с рецепторами бактериальной клетки, связанными с клеточной стенкой. Некоторые фаги адсорбируются на половых ворсинках (sex pili), контролируемых F- или R-плазмидами см. 6.7). На бактериях, полностью лишенных клеточных стенок (протопласты), адсорбции фагов не происходит. На адсорбцию фагов большое влияние оказывают состав и pH среды, температура, а также наличие некоторых аминокислот или других соединений, например триптофана для фага Т ЭЛЕ КТ РОННОМИ К РОС КОПИ ЧНС КИН СНИМКИ УЛЬТРАТОНКИХ СР8»ОВ H.COU. СДВЛАННЫВ В РАЗНОЙ ВРВМЯ ПОСЛИ ЫИИ ФАГОМ Парад жнфакцваВ, Сіатлна участках ша элактроввая плот вое бактарвал»вого вталаовьа._________ і квв. вослажафакавн. Начало растаораввя вуклаовд» 10 квв. после ввфекввв. H c i t n t i u n вуклаовд*. « іг о і іі ЛНК вачнваат ш щ ат яро ш і е і » каста форма раэавва голою фагоаик нстщ. І м і а іо число сконвантрнроваввых фагоіиі гиохої вакантна лвавса вактарвіліво* клаткн. Рис. 5.14. Созревание фага в клетке Проникновение фага в бактериальную клетку проис- юдит путем инъекции нуклеиновой кислоты через канал отростка. и этом в отличие от вирусов человека и животных капсидные белки головки и отростка остаются вне клетки. Некоторые фаги вводят свою ДНК без предварительного повреж- Ш’НИЯ клеточной стенки бактерий, другие сквозь отверстия, КО ТО - 14.1 е они пробуравливают в клеточной стенке с помощью лизоцима, і одсржащегося в их капсиде. Однонитевая ДНК фага ф-н174, а также нуклеиновая кислота нит- ■іітпих фагов проходят в клетку вместе с одним из капсидных белков. Р е пли ка ц и я фагов ой нуклеиновой кислом и синтез фагоспецифических ферментов транскрипции и репли- мщии происходят примерно также, как и при репродукции других '■прусов (рис. 5.14). Однако латентный период инфекции, те. время і і формирования фагового потомства, значительно короче. Сборка фаговых частиц, или морфогенез, заключается в заполнении фаговой ДНК пустотелых капсидов головки. В ы ход зрелых фагов из бактериальной клетки проис- МІДНТ путем взрыва, вовремя которого зараженные бактерии лизи- Пунпся. Лизис происходит при участии фагового лизоцима либо без иск. Некоторые ДНК-содержащие нитчатые фаги (например, фаг fd) ■" побеждаются из клетки путем просачивания ДНК через цитоп- '•*» іматическую мембрану и клеточную стенку бактерии, вовремя кчнорого они приобретают капсиды. Бактериальная клетка при этом і охраняет свою жизнеспособность. Лизогения. Наряду с описанным продуктивным типом взаимо- II IU і вия бактериального вируса с клеткой хозяина, заканчивающего C D C 3 > / \ / \ Инауицни профага (f )) )) )) Потомство Рис. S. 15. Продуктивная фаговая инфекция и лизогенизацня бактерий интегративная инфекциях і е у ■ О : ____________ ж 12 » р _________ С У ___________ Рис. 5.16. Модель включения циркулярной ДНК фага ламда в бактериальную хромосому ся образованием фагового потомства и лизисом бактерий, это взаимодействие может происходить по интегративному типу. Фаги, вызывающие данный тип инфекции, получили название умеренных. Они отличаются отв и руле н т н ы х тем, что встраивают свою ДНК в бактериальный геном, с которым реплицируются. Фаговая ДНК, ассоциированная с геномом своего хозяина, носит название проф ага (рис. 5.15, 5.16). Бактериальные клетки, содержащие профаг, называются ли з о генными, а само явление — лизогенией. Это название отражает потенциальную способность ли зогенных бактерий к лизису при освобождении профага из состава бактериального генома и перехода в вирулентный фаг, способный репродуцироваться. Спонтанный лизис нередко происходит в отдельных клетках популяции лизогенных бактерий, ноне захватывает все клетки. Это связано со способностью лизогенных бактерий приобретать иммунитет к последующему заражению одноименным фагом, вследствие чего остальные лизогенные клетки, содержащиеся в бактериальной популяции, полностью сохраняют свою целостность и жизнеспособность. Продукция фагов лизогенными бактериями значительно увеличивается при их облучении суббактерицидными дозами УФ-лучей или обработке некоторыми химическими соединениями, взаимодействующими сих ДНК. Данный феномен называется индукцией и ро фаг а. Как уже отмечалось, наличие профага в составе бактериального генома не мешает репликации ДНК бактериальной клетки и самого профага. Однако гены профага самостоятельно не транскрибируются, что связано с образованием репрессора — низкомолекулярного белка, блокирующего данный процесс. Синтез репрессора контролируется генами профага. При инактивации репрессора УФ-облучением профаг выходит из состава бактериального генома и превращается в иирулентный фаг, вызывающий продуктивную инфекцию. Лизогенизация лежит в основе фаговой или лизогенной конверсии. Она заключается в изменении свойству лизогенных бактерий, мапример в приобретении способности продуцировать токсин, изменять морфологию, антигенные свойства и другие признаки. Механизм того явления связан с внесением новой информации в бактериальную клетку. Умеренные фаги могут быть дефектными, те. неспособными образовывать фаговое потомство, например, трансдуцирующие фаги см. 5.4). Их используют в качестве векторов в генной инженерии. Практическое применение бактериофагов. Строгая специфичность бактериофагов позволяет использовать их для фаготипирова- ния и дифференцировки бактериальных культура также для индикации их во внешней среде, например в водоемах. Метод фаготипирования бактерий широко применяется в микробиологической практике. Он позволяет не только определить видо- пую принадлежность исследуемой культуры, но и ее фагот и п (фаговар). Это связано стем, что у бактерий одного итого же вида имеются рецепторы, адсорбирующие строго определенные фаги, ко- юрые затем вызывают их лизис. Использование наборов таких ти- моспецифических фагов позволяет проводить фаготипирование исследуемых культур с целью эпидемиологического анализа инфекционных заболеваний установления источника инфекции и путей ее передачи. Кроме того, по наличию фагов во внешней среде (водоемах) можно судить о содержании в них соответствующих бактерий, представ- ияющих опасность для здоровья человека. Данный метод индикации питогенных бактерий также применяется в эпидемиологической практике. Его эффективность повышается при постановке реакции нарастания титра фага, которая основана на способности специфических линий фагов репродуцироваться настрого определенных бактериальных культурах. Привнесении такого фага в исследуемый материал, содержащий искомый возбудитель, происходит нарастание его титра. Широкое использование реакции нарастания титра фага осложняется трудностью получения индикаторных наборов фагов и другими причинами. Применение фагов с лечебными и профилактическими целями проводится сравнительно редко. Это связано с большим количеством отрицательных результатов, которые объясняются следующими причинами) строгой специфичностью фагов, лизирующих только те клетки бактериальной популяции, которые снабжены соответствующими рецепторами, вследствие чего фагорезистентные особи, имеющиеся в каждой популяции, полностью сохраняют свою жизнеспособность) широким применением более эффективных этиотропных средств — антибиотиков, не обладающих специфичностью бактерио фагов. В нашей стране выпускаются препараты дизентерийного, сальмо- неллезных, коли-протейного, стафилококкового и других бактериофагов, а также наборы для фаготипирования брюшнотифозных бактерий, стафилококков и др. Последние широко применяются с эпидемиологическими целями для установления источника инфекции. Так, например, в случае выделения от разных больных бактериальных культур, принадлежащих не только к одному виду, но и к одному фа- готипу, можно считать, что они заразились из одного итого же источника инфекции. В случае выделения разных фаготипов следует искать несколько источников инфекции. В настоящее время препараты бактериофагов применяются для лечения дизентерии, сальмонеллеза, гнойной инфекции, вызванных антибиотико-резистентными бактериями. При этом в каждом случае предварительно определяют чувствительность выделенных возбудителей к данному препарату бактериофага. Сальмонеллезные фаги применяются для профилактики одноименного заболевания в детских коллективах. ПРИОНЫ Белковые молекулы определенной структуры, способные индуцировать деструктивные процессы в клетках организма человека и животных, принципиально отличаются от всех известных микроорганизмов устойчивостью к высоким температурам, ионизирующей радиации, ультрафиолету и другим экстремальным воздействиям. Они чувствительны к фенолу и детергентам при нагревании. Прионы могут персистировать в организме человека в течение длительного времени, не вызывая ни клеточного, ни гуморального иммунного ответа. Они не являются индукторами интерферона и нечувствительны к нему. При накоплении в клетках прионов происходит кристаллизация прионовых белков, сопровождающаяся разрушением клеток. І Ірионьї являются возбудителями медленных инфекций см. стр. 597), они существуют в двух формах — нормальной и патогенной. Впер- ном случае они являются естественным компонентом клеток здоро- ного организма, вследствие чего принимают участие в механизме старения мозга и нервной системы. Полагают, что прионы размножаются путем удвоения патогенных форм после их контакта с нормальными. При этом последние превращаются в непатогенные, число которых постоянно увеличивается, возможно, что прионный белок является естественным компонентом клеток здорового организма и принимает участие в механизмах старения мозга и клеток нервной системы. Вопросы для самоконтроля. Какие признаки лежат в основе систематики вирусов ив чем их отличие от прокариотов? 2. Каковы особенности химического состава (нуклеиновые кислоты, бели, липиды, полисахариды) и структурной организации вирионов? 3. Дайте характеристику каждой стадии взаимодействия вируса с клеткой хозяина. Каковы механизмы обратной транскрипции и последствия вирогении? 5. Каковы особенности организации бактериофагов и последствия их ишимодействия с клеткой хозяина. Каковы особенности вирусных структурных белков. Дайте характеристику двум типам взаимодействия вируса с клеткой хозяина. Какие бактерии относят к лизогенным? 9. Какие фаги называют умеренными и вирулентными. Каковы методы культивирования вирусов. Какие признаки отличают продуктивную инфекцию от интегративной. Что представляют собой прионы? Их химический состав и свойства ГЛАВА ГЕНЕТИКА МИКРООРГАНИЗМОВ Огромное значение в становлении и развитии молекулярной генетики имел выбор бактерий и вирусов в качестве основных модельных систем для изучения общегенетических закономерностей. Упомянутые микроорганизмы в отличие от такого классического объекта, как мушка дрозофила, обладают уникальными для генетических экспериментов свойствами. Гаплоидностью, те. наличием одной хромосомы, что устраняет явление доминантности. Высокой скоростью размножения обеспечивающей получение в лабораторных условиях многомиллиардных популяций в течение нескольких часов. Высокой разрешающей способностью методов генетического анализа бактерий и вирусов, позволяющей обнаружить их мутанты с частотой 109 и ниже. Половой дифференциацией, заключающейся в существовании донорных и реципиентных бактериальных клеток, соответственно отдающих или воспринимающих генетическую информацию. Наличием у бактерий обособленных фрагментов ДНК — плаз мид, транспозонов и Is-последовательностей. Современные достижения молекулярной генетики связаны также с разработкой методов генной инженерии — изолирования и переноса отдельных генов из одних клеток прокариот или эукариот в другие. Это создало поистине фантастические перспективы для получения ранее неизвестных генотипов, прежде всего среди бактерий и вирусов, и заложило основу новейшей биотехнологии производства вакцин, интерферона, гормонов и других биологически активных веществ. Следующий этап в развитии медицинской микробиологии связан с открытием молекулярно-генетических закономерностей формирования новых разновидностей и видов патогенных микроорганизмов. Это даст возможность прогнозировать их появление и распространение среди населения разных регионов нашей планеты и своевременно проводить соответствующие противоэпидемические мероприятия. ОРГАНИЗАЦИЯ ГЕНЕТИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА У БАКТЕРИЙ. ГЕНОТИП, ФЕНОТИП БАКТЕРИЙ И ГЕНОФОНД ИХ ПОПУЛЯЦИЙ Материальной основой наследственности, определяющей генетические свойства всех организмов, в том числе бактерий и вирусов, является ДНК. Исключение составляют только РНК-содержащие вирусы, у которых генетическая информация закодирована в РНК. Однако в отличие от хромосомы эукариот гены прокариот организованы в более простую структуру, представляющую собой молекулу ДНК, часто замкнутую в кольцо. Молекулярная масса ДНК у бактерий сравнительно велика у Е. coli она равна 2 Наряду с описанной структурой, называемой бактериальной хромосомой, или нуклеоидом, генетический материалу бактерий содержится во внехромосомных генетических элементах — плазмидах, которые могут находиться в автономном состоянии в цитоплазме клетки. Гены, ответственные за синтез того или иного соединения, принято обозначать строчными буквами латинского алфавита, соответствующими названию данного соединения со знаком «+». Например, |