Рататуй. Навчальний посібник для студентів, що навчаються у вищих навчальних закладах іii1V рівнів акредитації за напрямом Ветеринарна медицина
 Скачать 5.29 Mb.
|
|
Штучні вакцини. Здатність імунокомпетентних клітин реагувати на різноманітні антигени залежить від спадковості, статі та віку. Відомо, що рівень імуногенезу залежить від генів імунної відповіді кожної особи, а через них від Т-системи імунітету. Ця проблема особливо актуальна при малярії, чумі, грипі, венеричних захворюваннях, вірусних гепатитах. Більшість із цих збудників мають, так звані, слабкі антигени і на них не розвивається виражена імунна відповідь. Тому, потрібні нові принципи створення вакцин. Крім того, в сучасних вакцинах надто багато баластних речовин. У той же час, для створення імунітету необхідні одна-дві антигенні детермінанти, а в організм із звичайними вакцинами вводиться багато складних антигенних комплексів. Штучне копіювання антигенів і детермінант методами генної інженерії може сприяти створенню вакцин без баластних домішок. Для отримання антигенів із необхідними детермінантами без сторонніх субстанцій існує два напрямки: 1) виділення високоочищеного антигена із природнього матеріалу методами препаративної біохімії або генної інженерії; 2) хімічний синтез антигенних детермінант. Як правило, виділяють або конструюють протективні антигени, адгезини, ферменти, протеїни оболонки, токсини. Незабаром будуть створені вакцини, які забезпечать імунітет до збудників, проти яких, поки що, надійного захисту немає. Такі препарати можна створити на базі рекомбінантних ДНК, хімічного синтезу й антиідіотипних антитіл. Основою таких рекомбінантних вакцин є перенесення в плазміду або вірус гена, відповідального за продукцію необхідного антигена. Такі 210 препарати поділяють на генно-інженерні вакцини з антигенів, синтезованих у рекомбінантних бактеріальних системах; генно- інженерні живі вакцини на основі вірусу вісповакцини; рекомбінантні вакцини на основі дріжджів. У прокаріотні системи (кишечна паличка, сінна паличка) внесені плазміди з генами, які контролюють синтез антигенів менінгококів, гонококів, холерних вібріонів, малярійних плазмодіїв. У геном вірусу вісповакцини включають гени вірусів сказу, грипу, СНІДу, гепатиту В, простого герпесу тощо. Такий вірус здатний налагодити продукцію відповідних антигенів при його внесенні в організм. Однак, у деяких бактерій антигени не мають білкової структури, що не дозволяє одержати їх генно-інженерним способом. Тому наукова думка була спрямована на створення, так званих, антиідіотипних вакцин. Антиідіотипні вакцини – це антитіла (антитіла другого порядку), які несуть справжній внутрішній образ детермінант антигена і викликають при його відсутності адекватну імунну відповідь. Зараз розробляють такі вакцини проти стрептококової інфекції та гепатиту В. Вони матимуть перевагу перед іншими препаратами, тому що не зможуть викликати захворювань і ускладнень. Відкрито і вивчено новий клас імунопотенціаторів - синтетичних поліелектролітів, які активують клітини імунної системи й зумовлюють при їх введенні разом з антигенами сильну імунну відповідь навіть у осіб з генетично детермінованою низькою відповіддю на ці антигени. Вакцинотерапія. Вакцини для лікування інфекційних хвороб застосовують обмежено, в основному, для лікування хворих із 211 тривалим, млявим перебігом хвороби (бруцельоз, хронічна гонорея, дизентерія, стафілококові інфекції). Іноді використовують автовакцини, які готують із штамів бактерій, виділених від даного хворого (стафілококова інфекція). Парентеральне введення автовакцини стимулює Т-систему імунітету за механізмом гіперчутливості сповільненого типу, що зумовлює швидке звільнення організму від збудників. Серотерапія і серопрофілактика. Для створення активного тривалого імунітету використовують вакцинацію. При цьому, несприйнятливість розвивається через кілька тижнів після введення препарату. Досить часто, необхідно терміново попередити розвиток захворювання в людини, яка була в контакті з джерелом інфекції. Такий захист досягають введенням готових антитіл (імунних сироваток, імуноглобулінів). Мова йде про пасивну профілактику, тому що організм одержує готові антитіла, а не виробляє їх самостійно. Імунні сироватки та імуноглобуліни з успіхом вживають і для лікування деяких інфекційних захворювань, особливо тих, у механізмі розвитку яких вирішальну роль відіграють білкові токсини. Оскільки антитіла знаходяться в сироватках, говорять про серопрофілактику і серотерапію (serum - сироватка). Усі лікувально- профілактичні сироватки поділяють на антитоксичні, антимікробні й антивірусні. Нативні антитоксичні сироватки (протиправцеві, протидифтерійні, протиботулінові, протигангренозні та ін.) виготовляють у науково-дослідних інститутах, шляхом гіперімунізації коней відповідними анатоксинами (дифтерійними, правцевими, ботуліновими, гангренозними тощо). Після кількох циклів гіперімунізації, в коней беруть кров і одержують відповідну 212 антитоксичну сироватку, в якій міститься величезна кількість специфічних антитіл (антитоксинів). Сироватки очищують від баластних речовин, перевіряють на стерильність, нешкідливість, апірогенність і активність, їх обов'язково титрують, тобто визначають концентрацію антитіл, яку виражають у антитоксичних одиницях (АО) або в міжнародних одиницях (МО). За одну таку одиницю приймають ту найменшу кількість сироватки, яка нейтралізує певну кількість DLM відповідного токсину. Для кожного виду сироватки є своє значення АО (МО). Так, за 1 АО протидифтерійної сироватки приймають ту найменшу кількість її, яка нейтралізує 100 DLM дифтерійного токсину для гвінейської свинки масою 250 г. На етикетках ампул із сироватками обов'язково вказують кількість АО (МО), що необхідно для визначення лікувальної чи профілактичної дози. Антимікробні (антивірусні) сироватки виготовляють шляхом гіперімунізації тварин відповідно вбитими бактеріями (вірусами) або їх антигенами. Останнім часом, замість нативних антитоксичних і антимікробних (антивірусних) сироваток виготовляють відповідні гамма-глобуліни, адже саме у цій фракції сироваткових білків концентруються антитіла. Для них також вказують одиниці активності, переважно МО. Пасивну профілактику можна також здійснити за допомогою сироватки людини, яка перенесла цю хворобу (кір). Взагалі в сироватці людей у невеликій кількості містяться антитіла проти вірусів поліомієліту, кіру, грипу, збудників коклюша, скарлатини. Одержуючи із сироватки людський гамма-глобулін, мають препарат із високою концентрацією захисних антитіл. В епідемічному вогнищі 213 цей препарат призначають особам, які були в контакті з джерелом інфекції. Людські гамма-глобуліни, які містять значну кількість антитіл проти токсинів, одержують шляхом імунізації відповідними анатоксинами з подальшим осадженням гамма-глобулінової фракції із сироватки. Чужорідні гамма-глобуліни, одержані при імунізації тварин, при введенні людям можуть часом викликати ускладнення (анафілактичний шок, сироваткову хворобу тощо). Тому їх необхідно вводити досить обережно, дрібними дозами, за методом Безредка. Захисна дія гамма-глобулінів триває короткий період: 2-3 тижні. Розрізняють гамма-глобуліни специфічної дії і нормальний гамма-глобулін. До гамма-глобулінів специфічної дії належать: протиправцевий, протидифтерійний, протистафілококовий та ін. Нормальний гамма-глобулін одержують із плазми крові декількох тисяч здорових донорів і використовують для попередження респіраторних інфекцій у дітей, для профілактики гепатиту А, епідемічного паротиту, кіру, вітрянки. Очищаючи гамма-глобуліни від неспецифічних антитіл, отримують імуноглобуліни спрямованої дії (антистафілококовий, проти синьо-гнійної палички). Випускають комплексний імуноглобуліновий препарат для перорального і ректального введення, який містить IgM, IgG, IgA і характеризується значним вмістом антитіл до ентеробактерій (шигел, сальмонел, ешеріхій). Нині широко використовують такі препарати для пасивної профілактики і лікування інфекційних захворювань людини: протикоклюшний, протидифтерійний, протиправцевий, проти кліщового енцефаліту, 214 вітряної віспи, гепатиту А, протистафілококовий, протиботуліновий глобуліни та ін. 215 10. ЕКОЛОГІЯ МІКРООРГАНІЗМІВ Екологічні фактори (умови зовнішнього середовища) суттєво впливають на розвиток мікроорганізмів. При їхній сприятливій дії мікроби активно ростуть, поглинаючи із середовища необхідні речовини і викликаючи різні біохімічні процеси, а також синтезуючи певні продукти. Регулюючи умови життя мікроорганізмів, можна інтенсифікувати біохімічну діяльність корисних видів бактерій, грибів чи дріжджів, бо ж пригнічувати розвиток небажаної шкідливої мікрофлори. Чим сприятливіші умови середовища для даного мікроорганізму, тим інтенсивніше протікає його розвиток та життєдіяльність. Екологічні фактори є різними і мінливими, тому мікроорганізми постійно пристосовуються до них (адаптуються) і регулюють свою життєдіяльність стосовно їх змін. Інтенсивна та тривала дія несприятливих факторів призводить до загибелі мікроорганізмів. Екологічні фактори поділяють на: • абіотичні екологічні фактори, до яких відносять фізико-хімічні умови середовища, а саме: температуру, відносну вологість повітря, осмотичний тиск, різні види променевої енергії, концентрацію водневих іонів (рН) , кисню; • біотичні фактори, зумовлені різними формами взаємовідносин мікроорганізмів, а також з іншими живими організмами (рослинами, тваринами та людьми); 216 • антропогенні фактори, зумовлені різними формами діяльності людського суспільства, що призводять до зміни екологічних факторів існування мікроорганізмів. 10.1. Поняття про екосистему Екологія (oikos - дім, місце проживання) - наука про закономірності формування і функціонування біологічних систем та їх взаємини з навколишнім середовищем; її ще називають наукою про наше довкілля. Мікроекологія - наука про місце заселення мікроорганізмів і їх екологічні зв'язки. Поняття екосистеми було введено в наукову літературу англійським ботаніком О. Тенслі у 1935 р. За О. Тенслі, екосистема — це «сукупність комплексів організмів із комплексом фізичних факторів, що їх оточують, тобто факторів місця проживання в широкому розумінні». К. Віллі (1974) вважає, що екосистема — це природна одиниця, що складається з живих і неживих елементів: неживої частини (абіотичних речовин), продуцентів, консументів і редуцентів (біотичних факторів). Як наголошувалось раніше, у зв'язку з великим промисловим і гідромеліоративним будівництвом, природні екосистеми зазнають значного негативного впливу. Аби зменшити його, потрібно насамперед, щоб спеціалісти сільськогосподарських виробництва були обізнані із закономірностями природних екосистем. Продуцентами в екосистемі є автотрофні організми (вищі рослини, деякі бактерії), що синтезують із неорганічних сполук органічні речовини з використанням сонячної енергії, та хемотрофи (водневі, нітрифікуючі, сіркобактерії, залізобактерії, метанокислюючі 217 тощо), які використовують вивільнену енергію при окисленні аміаку, сірководню, сірки, азотистої і азотної кислот, сполук заліза і марганцю. Консументи — організми, які живляться органічними речовинами, трансформуючи їх в інші форми. Це тварини, частина мікроорганізмів, паразитичні та комахоїдні рослини. Редуценти — організми, що живляться мертвими органічними сполуками. До цієї групи належать, головним чином, бактерії і гриби, які перетворюють складні органічні речовини в неорганічні. Організми в екосистемі зв'язані з абіотичним середовищем тісними матеріально-енергетичними зв'язками. Так, рослини можуть існувати при наявності необхідної кількості вуглекислого газу, води, кисню, мінеральних солей. Гетеротрофні організми живляться автотрофами, крім того, для них необхідні кисень і вода. Отже, в природі постійно відбувається біологічний кругообіг речовин, завдяки якому організми, в тому числі мікроби, утворюють з неорганічним середовищем екосистему, в якій потік речовин і енергії замикається у відповідний збалансований цикл. . Вчення про біогеоценози. За визначенням В. М. Сукачова (І940), біогеоценоз — це сукупність на певній території земної поверхні однорідних природних явищ (ґрунту, рослинності, тваринного світу, мікроорганізмів, кліматичних та гідрологічних умов) із своєю специфікою взаємодії компонентів і визначеним типом обміну речовинами і енергією між собою та іншими явищами природи, що є внутрішньою суперечливою діалектичною єдністю, яка перебуває в постійному русі й розвитку. Основними компонентами біогеоценозу В. М. Сукачов вважає біоценоз і екотоп (рис. 5.1). До складу екотопу входять кліматоп 218 (мікроклімат) та едафотоп (ґрунт і материнська порода). У біоценоз входять фітоценоз, мікробоценоз і зооценоз, між якими існує тісний зв'язок, але кожний із цих компонентів біогеоценозу зберігає свою автономність і специфіку, яка проявляється в певних особливостях його структури, різних формах кругообігу речовин та енергії. Екосистем характеризуються виразним різномаїттям . Розрізняють екосистеми прості та складні. Так, екосистеми тундри і пустелі охоплюють значно меншу кількість видів мікроорганізмів, ніж екосистеми вологих тропічних лісів. Наприклад, за даними Кочеткової (1957), гриби — продуценти пеніциліну пристосовані, головним чином, до районів з холодним кліматом. На півдні різко збільшується якісна різноманітність та універсальність антибактеріальної дії антагоністів. Для оцінки ролі окремого виду мікроорганізму у видовій структурі екосистеми використовують кількісні показники, зокрема чисельник виду, розподіл видів у межах екосистеми, ступінь домінування. Чисельник виду — кількість клітин певного виду мікробів, що припадає на одиницю площі, об'єму зайнятого простору або маси досліджуваного субстрату (метр кубічний повітря, літр води, грам ґрунту, кормів). Розподіл видів в екосистемі — процентне співвідношення кількості проб (патматеріалу, ґрунту, кормів тощо), де зустрічається вид, і загальної кількості таких зразків або облікових ділянок. Ступінь домінування — відношення кількості клітин (штамів) певного виду до загальної кількості всіх особин. Показник домінування визначають не для всієї екосистеми, а для окремих структурних угруповань (наприклад, бактерій, грибів, актиноміцетів), що входять до мікробоценозу. 219 Трофічна структура екосистеми. Між мікроорганізмами та іншими компонентами екосистеми існують постійні трофічні (харчові) зв'язки, на основі яких формуються так звані ланцюги живлення, завдяки яким в екосистемі відбувається трансформація біогенних речовин і акумуляція енергії та розподіл їх між видами й популяціями. Тому, чим багатший видовий склад, тим різноманітніші біохімічні процеси й швидкість потоку енергії в екосистемі. Ланцюги живлення організмів поділяють на пасовищні та детритні, або цикли поїдання та розкладу. Пасовищні ланцюги живлення охоплюють зелені рослини, мікрофлору ризосфери, епіфітні мікроорганізми, рослиноїдних тварин і хижаків, що поїдають травоїдних. До детритних ланцюгів живлення належать мертва органічна речовина (рослинні та тваринні рештки, корми), детринофаги, в тому числі мікроби, що розкладають клітковину (в основному гриби) і гнильні бактерії, що мінералізують трупи тварин. Ці мікроорганізми, кpiм того, виконують й інші функції: продукують антибіотики (інгібітори), гібереліни (стимулятори), вітаміни, ферменти, гормони, що має екологічне значення. У трофічних ланцюгах відновлюються азотні сполуки. Внаслідок розкладання білків відмерлих рослинних та тваринних організмів азотні сполуки (насамперед амінокислоти) перетворюються на аміак, який здебільшого повертається в атмосферу. CH 2 NH 2 COOH + О 2 = СО 2 + Н 2 О + NH 3 + 735 кДж/моль. У зв'язку з цим порушення однієї з ланок загального циклу азоту рівнозначне порушенню балансу поживної бази для певних видів організмів, які в свою чергу можуть змінювати інтенсивність його 220 використання, зменшуючи чи збільшуючи свою чисельність. У кругообігу вуглецю, кисню, водню, фосфору, сірки, заліза тощо також є відповідні регуляційні механізми, що ґрунтуються на активності живих мікроорганізмів. Екологічна ніша. Під екологічною нішею розуміють функціональне значення виду в екосистемі, комплекс його біогеоценотичних зв'язків і вимогливість до абіотичних факторів середовища. Щоб визначити пристосованість видів до тієї чи іншої екологічної ніші, треба знати, чим живиться той чи інший мікроорганізм, як він впливає на інші організми екосистеми та неживу природу. Так, зелені рослини формують низку екологічних ніш для мікробів. Серед них можуть бути симбіонти (бульбочкові бактерії), фітопатогенні види, що живляться тканинами стовбурів, листків, квіток (збудник фітофтори, плямистостей тощо), епіфіти, ризосферні мікроорганізми, що використовують як джерело вуглецю кореневі виділення тощо. При створенні штучних екосистем (новий вид кормів із застосуванням преміксів, дріжджування тощо) з'являються об'єктивні можливості для заселення нових ніш новими видами мікроорганізмів, але при цьому треба вжити заходів, щоб не порушити в екосистемі рівновагу дії біотичних факторів (так званих топічних зв'язків). 5.2. Вплив фізичних факторів довкілля на мікроорганізми Температура.Нормальна життєдіяльність мікроорганізмів проходить у певних температурних межах, від яких залежить швидкість їх розмноження, інтенсивність протікання процесів обміну речовин у клітинах. По відношенню до дії температури 221 мікроорганізми поділяють на 3 групи: термофіли, психрофіли і мезофіли. Термофіли – це найбільш теплолюбні мікроорганізми. Темпера- турний максимум для них складає 70-85°С, оптимум – 50-60°С і мінімум – 30°С. Із гарячих джерел виділено бактерії, що живуть при температурі 105°С (екстремальні термофіли). Здатність термофільних мікроорганізмів розвиватися при відносно високих температурах пояснюється низьким вмістом у їхніх клітинах вільної та зв'язаної води, підвищеною кількістю іонів кальцію та калію, стабільністю ферментів при високих температурах, високою механічною стійкістю клітинної мембрани, що містить ліпіди, багаті насиченими жирними кислотами. Психрофіли – це холодолюбні мікроорганізми, для яких характерні температурний максимум біля 30°С, оптимум у межах 10-15°С і мінімум – 0-10°С. У них ферменти мають низький рівень активації, у клітинних мембранах переважають ненасичені жирні кислоти, внаслідок чого вони залишаються напіврідкими і не замерзають. Мезофіли найкраще розвиваються при температурі від 20 до 40°С. Температурний максимум для них складає 40-50°С, оптимум – 25-35°С, мінімум – 5-10°С. Багато мікроорганізмів можуть проявляти стійкість до тих значень температури, при яких їхній ріст проходити не може. Кардинальні температурні точки одних і тих же мікроорганізмів можуть бути різними залежно від їхнього фізіологічного стану. Високі температури є згубними для мікроорганізмів, оскільки вони викликають денатурацію білків та руйнування ферментів. Більшість безспорових бактерій гине при 60°С через 30 хвилин, при 80- 100°С через 1-2 хвилини. Плісеневі гриби і дріжджі гинуть при 50- 60°С. Найбільш термостійкими є спори бактерій, особливо |