микра. Руководстве Берджи бактерии делили по особенностям клеточной стенки бактерий на 4 отдела Gracilicutes
 Скачать 241.54 Kb.
|
|
Фенотипическая и генотипическая изменчивости, их суть, отличительные черты. Изменчивость – свойство живых организмов изменять наследственные задатки, приобретать новые признаки в процессе развития организма под действием факторов внешней среды. Фенотипическая изменчивость (модификационная, ненаследственная, определённая, групповая) – связана с изменением фенотипа без изменения генотипа. Пределы, в которых может изменяться фенотип при одном и том же генотипе, называют нормой реакции. Пример: альтернативная экспрессия генов, контролирующих образование белков, участвующих в адгезии гонококков на слизистой оболочке уретры. Эти белки выполняют идентичную функцию, но отличаются антигенными свойствами. Смена белков происходит при инфекции путём включения «молчащего» гена и выключения ране функционирующего. Генотипическая изменчивость (наследственная, индивидуальная, неопределённая) – связана с изменением генотипа. Мутационно-рекомбинационный механизм возникает в результате мутаций, рекомбинаций, внесения внешней информации с транспозируемыми элементами. Если наследственная изменчивость связана с рекомбинацией, то это рекомбинационная изменчивость, приводит к появлению рекомбинантных штаммов. Мутации, их виды. Мутагены, основные группы. Репарации, их разновидности, биологическая значимость. Основа мутации – изменение последовательности нуклеотидов ДНК. Может быть полная или частичная их утрата – перестройка белка. Проявляется в изменении фенотипического признака. Факторы, вызывающие мутации, – мутагены. По природе мутагены делят на физические (радиоактивное, ультрафиолетовое излучение), химические (красители, соли тяжёлых металлов), биологические (бактериофаги). Мутации – изменения в последовательности отдельных нуклеотидов ДНК. Приводят к появлению несвойственных микробу белков. Могут быть летальными. По протяжённости повреждения мутации бывают точечные и протяжённые (аберрации). Точечные (генные) мутации связаны с изменением в структуре гена. Делеция (выпадение) – потеря, утрата одного или нескольких нуклеотидов. Дупликация – повторение нуклеотида. Транслокация – перемещение нуклеотида. Инверсия – перестановка нуклеотида. Мутации выделяют спонтанные и индуцированные. Точечные спонтанные мутации – ошибки репликации. Спонтанные хромосомные аберрации происходят в результате перемещения. Индуцированные мутации появляются под действием мутагенов, которые бывают физические, химические и биологические (транспозоны). Мутации бывают прямые и обратные. Прямые проявляются у дикого вида бактерий в естественных условиях (особи-мутанты). Обратные мутации – возврат (реверсия) дикого генотипа от мутантного. Реверсия может быть истинной, если восстанавливается первоначальный вид, и супрессорной, когда происходит ещё одна мутация и образуется новый вид. Репарации – процессы восстановления клеточного генома (ДНК). Репарация повреждённой ДНК осуществляется ферментами, образование которых контролируется специальными генами. Функции репаративных ферментов заключаются в установлении места повреждения ДНК, его вырезании, синтезе повреждённых фрагментов на матрице сохранившейся нити ДНК, её встраивании в молекулу репарируемой нити ДНК. Бактерии имеют системы фотореактивации, системы темновой репарации (дорепликативную и пострепликативную). Генетические рекомбинации (трансформация, трансдукция, конъюгация), их ме6ханизмы, биологическая значимость. Если наследственная изменчивость связана с рекомбинацией, то это рекомбинационная изменчивость, приводит к появлению рекомбинантных штаммов. Рекомбинация может быть: гомологичная, если в структуре взаимодействующих ДНК есть гомологичные участки; незаконная рекомбинация, когда происходит миграция между репликонами; сайт-специфическая рекомбинация, когда необходимы определённые последовательности ДНК и какие-то ферменты. Пример: включение профага в бактериальную хромосому в строго ограниченные участки. В процессе рекомбинации участвуют клетки-доноры и клетки-реципиенты. Существует 3 механизма передачи генетической информации: конъюгация трансформация трансдукция Трансформация – передача генетической информации с помощью выделенной из клетки-донора ДНК. Феномен трансформации открыл Гриффит в 1928 г. у Streptococcus pneumonia. Он смешал культуру живого невирулентного пневмококка с убитой культурой вирулентного пневмококка. Смесь выдержал и ввёл мышам. Мыши погибли. Невирулентный штамм стал вирулентным (получил капсулу). В 1944 г. опыт расшифровали. Механизм: клетка может воспринимать чужую ДНК. Условия: 1) маленькая концентрация ДНК; 2) клетка в состоянии компетенции (фаза логарифмического роста); 3) донор и реципиент – близкородственные бактерии. При трансформации передаются способность синтезировать ферменты, устойчивость к антибиотикам, капсулообразование. Трансформацию используют в генной инженерии при создании штаммов с определёнными свойствами. Трансдукция – передача бактериальной ДНК посредством бактериофага. В 1951 г. открыта Ледербергом. В процессе репликации фага внутри бактерий фрагмент бактериальной нуклеиновой кислоты – ДНК – встраивается в фаговую частицу и переносится в бактерию-реципиента во время фаговой инфекции. Трансдукция с помощью дефектных фагов: 99% своей генетической информации + 1% от хромосомы клетки-хозяина. Выделяют три типа трансдукции: неспецифическую (общую), специфическую и абортивную. При общей трансдукции в клетки-реципиенты могут быть внесены любые гены. Специфическая трансдукция наблюдается при репликации профага в лизогенной бактерии. Вирусный геном всегда включается в строго определённое место. При абортивной трансдукции внесённый фрагмент ДНК донора (бактериофаг) не встраивается в генофор реципиента, а остаётся в цитоплазме и самостоятельно функционирует. Затем он передаётся одной дочерней клетке и постепенно утрачивается в потомстве. Конъюгация – передача генетической информации путём непосредственного контакта – образования конъюгационного мостика. Процесс контролируется F-плазмидой. В зависимости от состояния плазмиды (интегрированная или автономная) процесс протекает по-разному. В 1946 г. обозначено необходимое условие конъюгации – наличие трансмиссивной плазмиды, наличие F-пилей. Информация передаётся по конъюгационному мостику. Если клетка имеет фактор F+ и плазмида расположена в цитоплазме, то при конъюгации передаётся весь R-фактор. Клетка-реципиент из F- становится F+. Если плазмида встроена, клетка называется Hfr (Hfr – High frequency of recombination). Происходит передача небольшого участка донорской хромосомы (неполная передача, F-принт). С высокой частотой передаются гены бактериальной хромосомы, расположенные вблизи начала переноса – O-точки, вследствие разрыва конъюгационного мостика. Плазмиды, их основные виды, характеристика. Это небольшие молекулы ДНК. Содержат от 20 до 40 генов, от 1000 до 1 млн. пар оснований нуклеотидов. Необязательные элементы. Могут быть 2 видов: свободные, расположенные отдельно от бактериальной хромосомы; встроенные, трансмиссивные, интегративные. Плазмиды могут быть конъюгативные и неконъюгативные. Могут элиминироваться из бактерий под действием индукторов (физические и химические факторы). Кодируют различные функции у бактерий. Варианты плазмид: F-плазмида или плазмида фертильности (плодовитости) – детерминирует образование F-пилей (половых). Донорская («мужская») плазмида. Контроль конъюгации. R-плазмида – обеспечивает множественную лекарственную устойчивость. Плазмиды, отвечающие за продукцию токсинов (tox+-плазмиды). Плазмиды бактериоциногении (колицины – для Escherichia coli, стафилоцины – для стафилококков, пиоцины – для синегнойной палочки). Плазмиды патогенности. Плазмиды биодеградации. Использование бактериоциногении и бактериоциночувствительности культур как эпидемиологического маркёра для установления идентичности культур различного происхождения. Бактериоциногения – способность бактерий продуцировать белки (бактериоцины), содержащие бактериоциногенные плазмиды (бактериоциногены), которые оказывают бактерицидный эффект на микроорганизмы аналогичного либо генетически близкого вида. Бактериоциночувствительность – чувствительность к действию бактериоцина. Бактериоцины обнаружены у кишечных бактерий (колицины), бактерий чумы (пестицины), холерных вибрионов (вибриоцины), стафилококков (стафилоцины). Способность продуцировать различные типы колицинов используется для типирования бактерий с целью эпидемиологического анализа вызываемых ими заболеваний. Определяют тип Col-плазмиды (колициногенотипирование) или тип колицина (колицинотипирование), выделенных от больных, контактирующих с ними лиц, из окружающей среды. Микробный антагонизм, его эволюционная значимость. Микробный антагонизм проявляется в явлении бактериоциногении. Это один из факторов формирования микробных биоценозов. Пример: колицины, продуцируемые кишечной палочкой – нормальным обитателем кишечника, могут губительно действовать на патогенные энтеробактерии, попавшие в кишечник, способствуя тем самым нормализации его естественного микробиоценоза. Понятие «антибиотик», основные источники получения антибиотиков, природные, полусинтетические и синтетические антибиотики. Антибиотики – продукты жизнедеятельности живых организмов (прежде всего – микроорганизмов), которые губительно действуют на другие группы микробов. По биологическому происхождению (по источнику получения) антибиотики: А. продуцируемые бактериями – монобактамы, грамицидин (почвенные бактерии) Б. продуцируемые актиномицетами (основная группа) – аминогликозиды, тетрациклины, полиеновые антибиотики, карбапенемы В. продуцируемые плесневыми грибами – пенициллин, цефалоспорины Г. продуцируемые высшими растениями – фитонциды Д. животного происхождения – лизоцим, рыбий жир В зависимости от условий биосинтеза антибиотики: А. природные продукты жизнедеятельности микроорганизмов (пенициллин) Б. полусинтетические – результат химической трансформации молекулы природного антибиотика (уреидопенициллины, амидопенициллины) В. синтетические – полученные в ходе химического синтеза фторхинолоны и др Классификация антибиотиков по химическому составу, механизму действия, спектру действия на микроорганизмы. По спектру действия: А. узкого спектра действия – влияют на одну группу микроорганизмов. Природные пенициллины – на грамположительные бактерии, полиеновые антибиотики – на грибы, монобактамы – на грамотрицательные микроорганизмы Б. широкого спектра действия – хинолоны, тетрациклины, карбапенемы, азалиды, линкозамиды. Различают противотуберкулёзные, противогрибковые, противовирусные антибиотики. По типу бактериального действия: А. бактерицидные – вызывают почти мгновенную гибель микробной клетки – пенициллины, фторхинолоны, аминогликозиды Б. бактериостатические – под действием антибиотика нарушается обмен веществ в микробной клетке, клетка погибает не сразу – сульфаниламиды, макролиды, тетрациклины, левомицетин, грамицидины, циклосерин По механизму действия: А. ингибиторы синтеза клеточной стенки – β-лактамные антибиотики: пенициллины, цефалоспорины, монобактамы, карбапенемы; ванкомицин, клиндамицин. Угнетают синтез пептидогликана. Природные – против грамположительных микроорганизмов, полусинтетические обладают широким спектром действия (и против грамположительных, и против грамотрицательных). Пептидогликан не входит в состав клеток животных и человека, поэтому антибиотики этой группы обладают низкой токсичностью, что позволяет применять их в огромных дозах. Пенициллин. Б. нарушающие проницаемость и функции цитоплазматической мембраны. Полиеновые антибиотики – нистатин, леворин и амфотерицин B. Подавляют синтез фосфолипидов мембран грибов. Взаимодействуют со стеролами мембран. Полимиксины – антибиотики широкого спектра действия, более активны против грамотрицательных бактерий, разрушают фосфолипиды или белки цитоплазматической мембраны, изменяют мембранный потенциал. В. ингибиторы синтеза нуклеиновых кислот – актиномицины, блеомицины, митомицины – цитостатики, подавляют репликацию ДНК, размножение клеток, обладают выраженной токсичностью, используются для лечения опухолей. Рифамицины блокируют синтез и-РНК. Г. ингибиторы синтеза белка (самая многочисленная группа). Нарушение синтеза может происходить на любом этапе, начиная с процессов считывания с ДНК и заканчивая синтезом на рибосомах. Сюда относятся аминогликозиды (бактерицидное действие), макролиды, тетрациклины (бактериостатическое действие), группа левомицетина, азалиды, линкозамиды. Д. ингибиторы синтеза пуринов и пиримидинов – сульфаниламиды, диаминопиримидины (триметоприм, пириметамин). Выделяют также антибиотики-ингибиторы дыхания, антибиотики-антиметаболиты и др. По химической структуре: А. бета-лактамные – в основе химической структуры содержат 4-хчленное β-лактамное кольцо, с ним связана их антимикробная активность. Остальное строение может отличаться, этим объясняется отличие по механизму действия: монобактамы активны против грамотрицательных бактерий, хотя блокируют синтез клеточной стенки бактерий. Б. тетрациклины – имеют 4 бензольных кольца, ингибиторы синтеза белка. Есть природные тетрациклины, получаемые от актиномицетов, полусинтетические (доксициклин, моноциклин для лечения сепсиса). В. аминогликозиды – стрептомицин, канамицин, гентамицин. Гентамицин низко токсичен, поэтому используется для лечения новорождённых, способен подавлять синтез белковой оболочки вирусов. Г. макролиды – эритромицин, олеандомицин, спирамицин – подавляют синтез белка на рибосомах, активны против грамположительной микрофлоры, имеют макроциклическое лактонное кольцо. Продуценты макролидов – актиномицеты рода Streptomyces. Д. азалиды – 15-членное лактонное кольцо – азитромицин. Е. линкозамиды – линкомицин. Его синтетический аналог – клиндамицин. Ж. полимиксины – продуцируются Bacillus polymyxa, нарушают проницаемость цитоплазматической мембраны, действуют на грамотрицательные бактерии. З. полиеновые – противогрибковые – нистатин, леворин, амфотерицин B. Нарушают проницаемость цитоплазматической мембраны. И. хинолоны – ингибиторы синтеза нуклеиновых кислот – налидиксовая кислота, «мочевые хинолоны» (оксолиниевая и промидиевая кислоты), циноксацин, милоксацин; фторхинолоны. Препятствуют образованию кольцевой молекулы ДНК и её суперспирализации. Известны ципрофлоксацин, норфлоксацин, ломефлоксацин. К. рифамицины – ингибиторы синтеза и-РНК, очень токсичные, используются для лечения туберкулёза. Методы определения чувствительности микробов к антибиотикам (диско-диффузионный метод, метод серийных разведений). Определение МПК и расчёт терапевтической концентрации антибиотика. Метод бумажных дисков. Если зона задержки роста микроба вокруг диска диаметром не менее 1 см, то микроб чувствителен к данному антибиотику. Метод качественен, удобен, нетрудоёмкий, можно исследовать действие 5 – 6 антибиотиков (до 12) на 1 микроб, но нельзя определить концентрацию антибиотика. Метод серийных разведений. Определение минимальной ингибирующей концентрации антибиотика и терапевтической дозы. Приготавливают серийные разведения антибиотика в пробирках с МПБ. В каждую пробирку вносят определённое количество стафилококка. После суточной инкубации в термостате определяют наличие или отсутствие роста бактерий по степени прозрачности бульона. Определяют минимально подавляющую концентрацию (МПК) и рассчитывают терапевтическую дозу. МПК – наименьшая концентрация антибиотика, в присутствии которой угнетается видимый рост микробов. Терапевтическая доза в 2 – 4 раза выше МПК. Резистентность микробов к антибиотикам, генетические и биохимические механизмы резистентности, методы их выявления. Антибиотикорезистентность – проблема антибиотикотерапии (синегнойная палочка образует «госпитальные штаммы»). Антибиотикорезистентность: Первичная (природная) устойчивость. Пенициллины не действуют на грамотрицательные бактерии. Вторичная (приобретённая) хромосомная внехромосомная Хромосомная антибиотикорезистентность возникает, когда в основной хромосоме происходит мутация. Внехромосомная устойчивость обеспечивается плазмидами. R-фактор – плазмида, обладающая резистентностью к многим лекарствам. Плазмида R имеет несколько генов устойчивости к нескольким антибиотикам. Такие плазмиды могут передаваться от клетки к клетке, могут распространяться как инфекция в микробной популяции. Таким образом, формируется штамм микробов с множественной резистентностью к антибиотикам. Этот механизм формирования резистентности встречается чаще. Химические механизмы. Выработка ферментов, разрушающих антибиотики. β-лактамазы – ферменты, разрушающие β-лактамные антибиотики. Изменение поверхностных рецепторов микробной клетки и изменение проницаемости клеточной стенки для антибиотиков. Как следствие, антибиотик не проникает в микробную клетку. Изменение скорости выведения из клетки. Изменение структур мишеней. Изменение структуры фермента или появление обходного варианта метаболизма. Методы определения чувствительности бактерий к антибиотикам служат для выявления антибиотикорезистентных штаммов. Условия селекции устойчивых штаммов и формирования полирезистентных микробных популяций. Селекция устойчивых штаммов происходит в больницах при несоблюдении рациональной антибиотикотерапии (синегнойная палочка образует «госпитальные штаммы»). Рациональная антибиотикотерапия. Осложнения при антибиотикотерапии. Для предупреждения развития резистентности бактерий к антибиотикам необходима рациональная антибиотикотерапия. Перед назначением антибиотиков обязательно бактериологическое исследование, выделение возбудителя, определение чувствительности возбудителя к антибиотикам. Назначать антибиотик, к которому более чувствительна микрофлора. Менее токсичный антибиотик. Доза, достаточная для получения терапевтического эффекта. Нельзя назначать малыми дозами, так как погибают более чувствительные, а резистентные микроорганизмы сохраняются, происходит селекция резистентных микробов и образование резистентного штамма. Нельзя лечиться бессистемно, т.к. не будет достаточной концентрации антибиотика. Комбинирование антибиотиков. Антибиотики-синергисты – усиливают действие друг друга. Замена антибиотика через 5 – 7 дней на другой. Для получения полусинтетических и синтетических антибиотиков используют новые методики. Резистентность к ним развивается медленнее. Недопустимо использовать антибиотики для консервирования продуктов и кормления животных. |