Оглавление СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ .................................................................................................................................14 ПРЕДИСЛОВИЕ ...............................................................................................................................................15 ЧАСТЬ I. МЕДИЦИНСКАЯ МИКРОБИОЛОГИЯ ГЛАВА 1. ВВЕДЕНИЕ В МИКРОБИОЛОГИЮ ..................................................................................................19 1.1. Определение микробиологии ........................................................................................................19 1.2. Разделы микробиологии ............................................................................................................... 20 1.3. Происхождение и эволюция микробов....................................................................................... 20 1.4. Классификация микробов............................................................................................................. 22 1.5. История развития медицинской микробиологии ..................................................................... 22 ГЛАВА 2. МОРФОЛОГИЯ БАКТЕРИЙ ............................................................................................................ 26 2.1. Бактерии-прокариоты ................................................................................................................... 26 2.2. Строение бактериальной клетки ................................................................................................. 26 2.2.1. Палочковидные бактерии .................................................................................................... 26 2.2.2. Кокковидные (шарообразные) бактерии ........................................................................... 36 2.2.3. Извитые формы бактерий ................................................................................................... 37 2.2.4. Ветвящиеся формы бактерий ............................................................................................. 38 2.3. Микроскопия микробов ................................................................................................................ 38 ГЛАВА 3. ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ МИКРОБОВ ............................................................................................. 39 3.1. Химические компоненты бактериальной клетки ...................................................................... 39 3.1.1. Вода ......................................................................................................................................... 39 3.1.2. Минеральные вещества........................................................................................................ 40 3.1.3. Белки....................................................................................................................................... 40 3.1.4. Нуклеиновые кислоты .......................................................................................................... 42 3.1.5. Углеводы ................................................................................................................................. 42 3.1.6. Липиды ................................................................................................................................... 43 3.2. Пигменты бактерий ....................................................................................................................... 44 3.3. Физико-химические свойства бактерий ..................................................................................... 43 3.4. Влияние различных факторов на микробы ................................................................................ 44 ГЛАВА 4. ПИТАНИЕ И ОБМЕН ВЕЩЕСТВ БАКТЕРИЙ ................................................................................... 46 4.1. Питание бактерий ........................................................................................................................... 46 4.2. Обмен веществ ............................................................................................................................... 48 4.2.1. Обмен белков......................................................................................................................... 49 4.2.2. Обмен нуклеотидов.............................................................................................................. 50 4.2.3. Обмен полисахаридов и сахаров ........................................................................................ 50 4.2.4. Обмен липидов ...................................................................................................................... 52 Оглавление microbiologia_2014_14.indd 3 3 27.08.2014 16:02:56 ГЛАВА 5. ДЫХАНИЕ МИКРОБОВ ................................................................................................................. 53 5.1. Дыхание — биологическое окисление........................................................................................ 53 5.2. Аэробы облигатные ...................................................................................................................... 53 5.3. Анаэробы облигатные .................................................................................................................. 56 5.4. Анаэробы факультативные .......................................................................................................... 58 ГЛАВА 6. РОСТ И РАЗМНОЖЕНИЕ БАКТЕРИЙ ............................................................................................ 59 6.1. Репродукция бактерий ................................................................................................................. 59 6.2. Половое размножение .................................................................................................................. 59 6.3. Вегетативное размножение ......................................................................................................... 59 6.4. Особенности размножения бактерий .........................................................................................61 6.5. Культивирование бактерий.......................................................................................................... 62 6.6. Рост и размножение бактерий на жидких питательных средах ............................................. 63 ГЛАВА 7. ГРИБЫ И ПРОСТЕЙШИЕ ............................................................................................................... 65 7.1. Грибы ............................................................................................................................................... 65 7.1.1. Морфология грибов ............................................................................................................. 65 7.1.2. Физиология грибов ...............................................................................................................67 7.1.3. Место обитания .....................................................................................................................67 7.1.4. Размножение грибов .............................................................................................................67 7.1.5. Заболевания, вызываемые грибами .................................................................................. 68 7.2. Простейшие .................................................................................................................................... 69 7.2.1. Морфология простейших .................................................................................................... 69 7.2.2. Физиология простейших .....................................................................................................70 7.2.3. Место обитания .....................................................................................................................70 7.2.4. Патогенные простейшие ......................................................................................................70 7.2.5. Культивирование простейших ............................................................................................70 ГЛАВА 8. ВИРУСЫ .........................................................................................................................................72 8.1. Медицинская вирусология ............................................................................................................72 8.2. Морфология вирусов.....................................................................................................................73 8.3. Классификация вирусов................................................................................................................74 8.4. Физиология и репродукция вирусов ...........................................................................................75 8.5. Культивирование вирусов ............................................................................................................ 80 8.6. Бактериофаги ................................................................................................................................ 82 ГЛАВА 9. ГЕНЕТИКА МИКРОБОВ ................................................................................................................. 85 9.1. Генетика .......................................................................................................................................... 85 9.2. Фенотипические формы изменчивости..................................................................................... 85 9.3. Наследственная изменчивость.................................................................................................... 86 9.3.1. Подвижные генетические элементы...................................................................................87 9.3.2. Мутация................................................................................................................................. 88 9.3.3. Генетическая рекомбинация .............................................................................................. 89 9.4. Внехромосомные элементы наследственности .........................................................................91 9.5. Генетика вирусов ........................................................................................................................... 92 9.6. Эволюция генетической системы ............................................................................................... 93 9.7. Биотехнология ............................................................................................................................... 94 9.8. Генетические методы диагностики инфекционных заболеваний .......................................... 95 9.8.1. Полимеразная цепная реакция........................................................................................... 95 9.8.2. Рестрикционный анализ ..................................................................................................... 96 9.8.3. Молекулярная гибридизация ............................................................................................. 96 9.8.4. Амплификация рРНК ............................................................................................................97 4 microbiologia_2014_14.indd 4 Оглавление 27.08.2014 16:02:56 ГЛАВА 10. ИНФЕКЦИЯ ..................................................................................................................................98 10.1. Инфекционный процесс и инфекционная болезнь ..................................................................98 10.2. Участники инфекционного процесса ........................................................................................99 10.2.1. Патогенные микроорганизмы ...........................................................................................99 10.2.2. Макроорганизмы ...............................................................................................................107 10.2.3. Внешняя среда .................................................................................................................. 109 10.3. Периоды развития инфекционных заболеваний ................................................................... 109 10.4. Пути передачи инфекции ...........................................................................................................110 10.5. Формы инфекционного процесса ............................................................................................. 111 10.6. Микробиологическая диагностика инфекционных заболеваний ........................................112 10.7. Вирусные инфекции ....................................................................................................................113 10.8. Микробиологическая диагностика вирусных инфекций ......................................................114 10.9. Меры борьбы с распространением инфекционных заболеваний ........................................115 ГЛАВА 11. МИКРОФЛОРА ЧЕЛОВЕКА..........................................................................................................116 11.1. Понятие о микрофлоре тела ......................................................................................................116 11.2. Микрофлора различных областей тела ...................................................................................116 11.3. Значение микрофлоры для нормальной жизнедеятельности организма .......................... 120 11.4. Значение микрофлоры в патологии ..........................................................................................121 11.5. Эубиоз, дисбиотические реакции, дисбиозы ......................................................................... 123 ГЛАВА 12. САНИТАРНАЯ МИКРОБИОЛОГИЯ ............................................................................................. 125 12.1. Микробные биоценозы и биотопы ........................................................................................... 125 12.2. Микрофлора воды...................................................................................................................... 126 12.3. Микрофлора почвы.....................................................................................................................127 12.4. Микрофлора воздуха ................................................................................................................. 128 12.5. Предметы внешней среды ........................................................................................................ 129 12.6. Микрофлора пищевых продуктов ........................................................................................... 129 12.7. Микрофлора обитаемых аппаратов ......................................................................................... 129 12.8. Микрофлора производственных помещений ........................................................................ 129 ГЛАВА 13. КЛИНИЧЕСКАЯ МИКРОБИОЛОГИЯ ...........................................................................................131 13.1. Внутрибольничные инфекции ..................................................................................................131 13.2. Этиология и патогенез внутрибольничных инфекций ..........................................................131 13.3. Эпидемиология внутрибольничных инфекций ..................................................................... 132 13.4. Клиника внутрибольничных инфекций .................................................................................. 135 13.5. Микробиологическая диагностика внутрибольничных инфекций .................................... 136 13.6. Профилактика внутрибольничных инфекций ....................................................................... 136 13.6.1. Антисептика ....................................................................................................................... 136 13.6.2. Асептика..............................................................................................................................137 13.6.3. Стерилизация .....................................................................................................................137 13.6.4. Дезинфекция ..................................................................................................................... 138 13.6.5. Специфические режимные мероприятия ..................................................................... 138 ГЛАВА 14. ХИМИОТЕРАПЕВТИЧЕСКИЕ ПРЕПАРАТЫ ................................................................................. 139 14.1. Химиотерапия ............................................................................................................................. 139 14.2. Механизм действия химиотерапевтических препаратов ......................................................141 14.3. Требования к химиотерапевтическим препаратам .............................................................. 142 14.4. Осложнения химиотерапии ...................................................................................................... 143 14.5. Химиопрофилактика ................................................................................................................. 143 Оглавление microbiologia_2014_14.indd 5 5 27.08.2014 16:02:56 ГЛАВА 15. АНТИБИОТИКИ И ПРОТИВОВИРУСНЫЕ ПРЕПАРАТЫ ............................................................. 145 15.1. Антибиотики ............................................................................................................................... 145 15.2. Классификация антибиотиков ................................................................................................. 145 15.3. Источники получения антибиотиков ...................................................................................... 150 15.4. Механизмы действия антибиотиков ........................................................................................ 151 15.5. Осложнения антибиотикотерапии .......................................................................................... 152 15.6. Принципы рациональной антибиотикотерапии .................................................................... 153 ЧАСТЬ II. МЕДИЦИНСКАЯ ИММУНОЛОГИЯ ГЛАВА 16. Введение в иммунологию ........................................................................................................ 157 16.1. Иммунология .............................................................................................................................. 157 16.2. Инфекционная иммунология ................................................................................................... 157 16.3. Неинфекционная иммунология ............................................................................................... 159 ГЛАВА 17. ВРОЖДЕННАЯ РЕЗИСТЕНТНОСТЬ ОРГАНИЗМА ...................................................................... 163 17.1. Врожденный иммунитет ............................................................................................................ 163 17.2. Механические и физико-химические факторы защиты ....................................................... 163 17.3. Биологические механизмы защиты ......................................................................................... 163 17.3.1. Гуморальные факторы ...................................................................................................... 164 17.3.2. Клеточные факторы .......................................................................................................... 167 17.4. Воспалительная реакция ........................................................................................................... 170 ГЛАВА 18. АНТИГЕНЫ ................................................................................................................................. 171 18.1. Определение антигенов ............................................................................................................. 171 18.2. Свойства антигенов ................................................................................................................... 171 18.3. Виды антигенной специфичности ........................................................................................... 174 18.4. Искусственные антигены .......................................................................................................... 177 18.5. Антигены гистосовместимости ............................................................................................... 177 18.6. Суперантигены ........................................................................................................................... 179 18.7. Вакцины ....................................................................................................................................... 179 18.8. Диагностикумы .......................................................................................................................... 182 ГЛАВА 19. АНТИТЕЛА .................................................................................................................................. 183 19.1. Определение антител ................................................................................................................. 183 19.2. Структура антител ..................................................................................................................... 183 19.3. Классы антител ........................................................................................................................... 185 19.4. Свойства антител........................................................................................................................ 189 19.5. Динамика выработки антител .................................................................................................. 189 19.6. Моноклональные антитела ....................................................................................................... 190 19.7. Абзимы ......................................................................................................................................... 191 19.8. Лечебные иммунные препараты .............................................................................................. 191 ГЛАВА 20. ОРГАНЫ ИММУННОЙ СИСТЕМЫ.............................................................................................. 193 20.1. Иммунная система ..................................................................................................................... 193 20.2. Центральные органы иммунной системы .............................................................................. 193 20.2.1. Костный мозг ..................................................................................................................... 193 20.2.2. Тимус .................................................................................................................................. 194 20.2.3. Сумка Фабрициуса ........................................................................................................... 196 20.3. Периферические органы иммунной системы........................................................................ 196 20.3.1. Лимфатические узлы........................................................................................................ 196 20.3.2. Селезенка........................................................................................................................... 197 20.3.3. Печень ................................................................................................................................ 198 6 microbiologia_2014_14.indd 6 Оглавление 27.08.2014 16:02:56 20.3.4. Лимфоидная ткань слизистых оболочек ....................................................................... 198 20.3.5. Брюшная и плевральная полости ................................................................................... 199 20.3.6. Кровь .................................................................................................................................. 199 20.3.7. Лимфа ................................................................................................................................. 199 ГЛАВА 21. КЛЕТКИ ИММУННОЙ СИСТЕМЫ ............................................................................................... 200 21.1. Типы и функции иммунных клеток .......................................................................................... 200 21.2. В-лимфоциты.............................................................................................................................. 202 21.3. Генетический аппарат В-лимфоцитов для синтеза антител ................................................ 203 21.4. Т-лимфоциты .............................................................................................................................. 206 21.5. Генетический контроль различных цепей TCR ...................................................................... 209 21.6. gdТ-внетимусные лимфоциты .................................................................................................. 210 21.7. Естественные киллеры ............................................................................................................... 211 21.8. Трег-клетки ................................................................................................................................. 212 21.9. Клетки иммунологической памяти.......................................................................................... 212 21.10. Антигенпредставляющие и вспомогательные клетки ........................................................ 213 21.11. Идентификация и количественный учет иммунокомпетентных клеток .......................... 216 ГЛАВА 22. РЕГУЛЯЦИЯ ИММУНОГЕНЕЗА .................................................................................................. 218 22.1. Стадии развития иммунного ответа ........................................................................................ 218 22.2. Молекулы межклеточных взаимодействий ........................................................................... 218 22.3. Цитокины .................................................................................................................................... 220 22.4. Роль цитокинов в развитии воспалительной реакции.......................................................... 221 22.5. Роль цитокинов в формировании адаптивного иммунитета .............................................. 223 22.6. Гормоны....................................................................................................................................... 226 ГЛАВА 23. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ИММУНОКОМПЕТЕНТНЫХ КЛЕТОК ....................................................... 229 23.1. Главный механизм взаимодействия ........................................................................................ 229 23.2. Вспомогательные механизмы взаимодействия ..................................................................... 229 23.3. Взаимодействие клеток при организации иммунной реакции ........................................... 233 23.3.1. T-независимые антигены ................................................................................................. 233 23.3.2. T-зависимые антигены ..................................................................................................... 233 23.3.3. Цитотоксические лимфоциты ........................................................................................ 235 23.3.4. IgЕ-антитела-реагины ...................................................................................................... 236 ГЛАВА 24. ГУМОРАЛЬНЫЕ ФЕНОМЕНЫ ИММУНИТЕТА ........................................................................... 238 24.1. Основной феномен гуморального иммунитета ..................................................................... 238 24.2. Агглютинины .............................................................................................................................. 238 24.3. Реакция пассивной гемагглютинации ..................................................................................... 240 24.4. Реакция торможения гемагглютинации ................................................................................. 240 24.5. Преципитины .............................................................................................................................. 241 24.6. Антитоксины ............................................................................................................................... 243 24.7. Опсонины ..................................................................................................................................... 243 24.8. Лизины ......................................................................................................................................... 243 24.9. Реакция связывания комплемента........................................................................................... 243 24.10. Меченые антитела .................................................................................................................... 245 24.11. Иммуноферментный анализ ................................................................................................... 245 24.12. Неполные (одновалентные) антитела .................................................................................... 246 24.13. Диагностические сывороточные препараты ........................................................................ 247 ГЛАВА 25. ФЕНОМЕНЫ КЛЕТОЧНОГО ИММУНИТЕТА .............................................................................. 248 25.1. Основы клеточного иммунитета .............................................................................................. 248 Оглавление microbiologia_2014_14.indd 7 7 27.08.2014 16:02:56 25.2. Метод «бляшкообразования» ................................................................................................... 248 25.3. Адаптивный иммунитет ............................................................................................................ 248 25.4. Трансфер-реакция ..................................................................................................................... 249 25.5. Бласттрансформация лимфоцитов ......................................................................................... 249 25.6. Клеточная специфическая цитотоксичность......................................................................... 249 25.6.1. Антителонезависимая цитотоксичность ....................................................................... 250 25.6.2. Антителозависимая цитотоксичность........................................................................... 250 25.7. Иммунный фагоцитоз ................................................................................................................ 251 25.8. Иммунологическая толерантность ......................................................................................... 252 ГЛАВА 26. ОСОБЕННОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ИММУНИТЕТА НА РАЗЛИЧНЫХ УЧАСТКАХ ТЕЛА ................................................................................................................... 254 26.1. Местный иммунитет ................................................................................................................. 254 26.2. Кожа ............................................................................................................................................. 255 26.3. Слизистые оболочки ................................................................................................................. 255 26.3.1. Кишечник ........................................................................................................................... 256 26.3.2. Дыхательная система ...................................................................................................... 260 26.3.3. Полость рта ....................................................................................................................... 260 26.3.4. Ухо....................................................................................................................................... 260 26.3.5. Глаз ..................................................................................................................................... 261 26.3.6. Мочеполовая система ..................................................................................................... 261 ГЛАВА 27. ОСОБЕННОСТИ ИММУНИТЕТА ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ЗАБОЛЕВАНИЯХ ...................................... 262 27.1. Бактериальные инфекции ......................................................................................................... 262 27.2. Вирусные инфекции .................................................................................................................. 264 27.3. Грибковые инфекции ................................................................................................................ 265 27.4. Протозойные инфекции ............................................................................................................ 265 27.5. Онкологические заболевания .................................................................................................. 266 27.6. Иммунный статус организма человека .................................................................................. 266 ГЛАВА 28.ТРАНСПЛАНТАЦИОННЫЙ ИММУНИТЕТ ................................................................................... 268 28.1. Век пересадок............................................................................................................................. 268 28.2. Типы трансплантационных реакций ...................................................................................... 269 28.3. Трансплантационные антигены .............................................................................................. 269 28.4. Механизм отторжения трансплантата ................................................................................... 270 28.5. Подбор доноров для реципиентов ......................................................................................... 271 28.6. Методы преодоления трансплантационного иммунитета ................................................. 271 28.7. Переливание крови.................................................................................................................... 273 28.8. Реакция «трансплантат против хозяина» .............................................................................. 274 ГЛАВА 29. АУТОИММУНИТЕТ ..................................................................................................................... 275 29.1. Аутоиммунные реакции............................................................................................................ 275 29.2. Аутоантигены ............................................................................................................................. 275 29.3. Аутоиммунные заболевания ................................................................................................... 277 29.4. Иммунология эмбриогенеза .................................................................................................... 280 29.5. Иммунология старения ............................................................................................................ 281 ГЛАВА 30. АЛЛЕРГИЯ ................................................................................................................................. 282 30.1. Определение аллергии ............................................................................................................. 282 30.2. Аллергены .................................................................................................................................. 282 30.3. Гиперчувствительность I типа................................................................................................. 282 30.4. Гиперчувствительность II типа ................................................................................................ 284 8 microbiologia_2014_14.indd 8 Оглавление 27.08.2014 16:02:56 30.5. Гиперчувствительность III типа .............................................................................................. 285 30.6. Гиперчувствительность IV типа .............................................................................................. 287 ГЛАВА 31. ИММУНОПАТОЛОГИЯ................................................................................................................ 289 31.1. Иммунодефициты ...................................................................................................................... 289 31.2. Первичные, или врожденные, иммунодефициты................................................................. 289 31.3. Вторичные, или приобретенные, иммунодефициты ........................................................... 292 ГЛАВА 32. ИММУНОКОРРЕКЦИЯ ............................................................................................................... 294 32.1. Определение иммунокоррекции............................................................................................. 294 32.2. Иммуностимуляторы ............................................................................................................... 294 32.3. Иммунодепрессанты ................................................................................................................ 296 32.4. Замещающая иммунная терапия............................................................................................ 297 32.5. Экстраиммунная терапия ........................................................................................................ 297 ЧАСТЬ III. ЧАСТНАЯ МИКРОБИОЛОГИЯ ГЛАВА 33. ЭУБИОТИКИ И ПРЕПАРАТЫ, ИХ СОДЕРЖАЩИЕ ..................................................................... 301 33.1. Понятие о микробах эубиотиках............................................................................................. 301 33.2. Лактобациллы ............................................................................................................................ 301 33.3. Бифидобактерии ....................................................................................................................... 302 33.4. Препараты из микробов эубиотиков...................................................................................... 302 ГЛАВА 34. УСЛОВНО-ПАТОГЕННЫЕ МИКРОБЫ ........................................................................................ 305 34.1. Понятие об условно-патогенных микробах .......................................................................... 305 34.2. Аэробные грамположительные кокки ................................................................................... 305 34.2.1. Стафилококки ................................................................................................................... 305 34.2.2. Стрептококки ................................................................................................................... 307 34.2.3. Энтерококки ..................................................................................................................... 309 34.3. Грамотрицательные факультативно-анаэробные палочки ................................................ 310 34.3.1. Кишечная палочка ............................................................................................................ 310 34.3.2. Протей................................................................................................................................ 311 34.3.3. Клебсиеллы ....................................................................................................................... 312 34.4. Псевдомонады............................................................................................................................ 313 34.5. Грамотрицательные анаэробные аспорогенные палочки семейства Bacteriodaceae..... 315 34.5.1. Бактероиды ....................................................................................................................... 315 34.5.2. Фузобактерии ................................................................................................................... 317 34.5.3. Лептотрихии ..................................................................................................................... 318 34.5.4. Превотеллы ....................................................................................................................... 318 34.5.5. Порфиромонады .............................................................................................................. 319 34.6. Грамположительные прямые и ветвящиеся палочки .......................................................... 319 34.6.1. Вacillus сereus .................................................................................................................... 319 34.6.2. Микобактерии .................................................................................................................. 320 34.6.3. Актиномицеты .................................................................................................................. 322 34.6.4. Нокардии ........................................................................................................................... 323 34.7. Грамотрицательные извитые формы бактерий .................................................................... 324 34.7.1. Хелиобактерии .................................................................................................................. 324 34.7.2. Трепонемы ......................................................................................................................... 325 34.8. Возбудители оппортунистических микозов ......................................................................... 325 34.8.1. Кандиды ............................................................................................................................. 325 34.8.2. Аспергиллы ....................................................................................................................... 327 34.8.3. Пенициллы ........................................................................................................................ 328 Оглавление microbiologia_2014_14.indd 9 9 27.08.2014 16:02:56 34.8.4. Зигомицеты ....................................................................................................................... 328 34.8.5. Пневмоцисты .................................................................................................................... 328 34.8.6. Фузарии ............................................................................................................................. 330 34.9. Простейшие ................................................................................................................................ 330 34.9.1. Амебы ................................................................................................................................. 330 34.9.2. Микроспоридии................................................................................................................ 331 34.9.3. Бабезии .............................................................................................................................. 331 ГЛАВА 35. КИШЕЧНЫЕ БАКТЕРИАЛЬНЫЕ ИНФЕКЦИИ ............................................................................ 332 35.1. Энтеробактерии ......................................................................................................................... 332 35.1.1. Патогенные, или диареегенные, кишечные палочки................................................... 332 35.1.2. Сальмонеллы..................................................................................................................... 334 35.1.2.1. Токсикоинфекция .................................................................................................... 334 35.1.2.2. Брюшной тиф и паратифы ..................................................................................... 335 35.1.3. Шигеллы ............................................................................................................................ 337 35.1.4. Иерсинии ............................................................................................................................ 339 35.1.4.1. Yersinia enterocolitica................................................................................................ 339 35.1.4.2. Yersinia pseudotuberculosis ...................................................................................... 340 35.2. Холерный вибрион .................................................................................................................... 341 35.3. Парагемолитические вибрионы.............................................................................................. 343 ГЛАВА 36. РЕСПИРАТОРНЫЕ БАКТЕРИАЛЬНЫЕ ИНФЕКЦИИ .................................................................. 344 36.1. Воздушно-капельные инфекции ............................................................................................. 344 36.2. Дифтерия .................................................................................................................................... 344 36.3. Коклюш и паракоклюш ............................................................................................................ 346 36.4. Скарлатина ................................................................................................................................. 348 36.5. Эпидемический церебральный менингит ............................................................................. 349 36.6. Туберкулез ................................................................................................................................. 351 36.7. Лепра ............................................................................................................................................ 354 36.8. Пневмонии .................................................................................................................................. 355 36.8.1. Streptococcus pneumoniae ................................................................................................ 355 36.8.2. Haemophilius influenzae ................................................................................................... 356 36.8.3. Legionella рneumophila ..................................................................................................... 358 ГЛАВА 37. АНАЭРОБНЫЕ ИНФЕКЦИИ ....................................................................................................... 360 37.1. Микробы анаэробы .................................................................................................................... 360 37.2. Столбняк ..................................................................................................................................... 360 37.3. Газовая гангрена ........................................................................................................................ 362 37.3.1. Clostridium perfringens ...................................................................................................... 364 37.3.2. Clostridium novyi................................................................................................................ 364 37.3.3. Clostridium septicum .......................................................................................................... 365 37.3.4. Clostridium histolyticum..................................................................................................... 365 37.3.5. Clostridium sordellii............................................................................................................ 366 37.3.6. Clostridium sporogenes ...................................................................................................... 366 37.3.7. Clostridium difficile ............................................................................................................. 366 37.4. Ботулизм ..................................................................................................................................... 367 ГЛАВА 38. ВНУТРИКЛЕТОЧНЫЕ БАКТЕРИАЛЬНЫЕ ИНФЕКЦИИ ............................................................. 369 38.1. Возбудители ............................................................................................................................... 369 38.2. Риккетсии ................................................................................................................................... 369 38.2.1. Эпидемический сыпной тиф........................................................................................... 371 38.2.2. Эндемический (крысиный, блошиный) сыпной тиф .................................................. 372 10 microbiologia_2014_14.indd 10 Оглавление 27.08.2014 16:02:56 38.2.3. Марсельская лихорадка.................................................................................................. 372 38.2.4. Клещевой сыпной тиф..................................................................................................... 372 38.2.5. Японская речная лихорадка, или цуцугамуши ........................................................... 373 38.3. Лихорадка КУ ............................................................................................................................. 373 38.4. Эрлихиозы .................................................................................................................................. 374 38.5. Хламидиозы ............................................................................................................................... 375 38.5.1. Орнитоз .............................................................................................................................. 376 38.5.2. Трахома ............................................................................................................................. 376 38.5.3. Хламидиозная пневмония .............................................................................................. 377 38.5.4. Урогенитальный хламидиоз ........................................................................................... 377 38.6. Микоплазмозы ........................................................................................................................... 378 38.6.1. Микоплазменная пневмония .......................................................................................... 379 38.6.2. Урогенитальный микоплазмоз....................................................................................... 379 38.7. Болезнь Карриона ...................................................................................................................... 380 ГЛАВА 39. ЗООНОЗНЫЕ БАКТЕРИАЛЬНЫЕ ИНФЕКЦИИ .......................................................................... 381 39.1. Зоонозные инфекции ................................................................................................................ 381 39.2. Чума ............................................................................................................................................. 382 39.3. Туляремия................................................................................................................................... 384 39.4. Бруцеллез.................................................................................................................................... 386 39.5. Сибирская язва .......................................................................................................................... 387 39.6. Мелиоидоз .................................................................................................................................. 389 39.7. Сап ................................................................................................................................................ 390 ГЛАВА 40. СПИРОХЕТОЗЫ.......................................................................................................................... 392 40.1. Спирохеты ................................................................................................................................... 392 40.2. Сифилис ...................................................................................................................................... 393 40.3. Боррелиозы ................................................................................................................................ 394 40.3.1. Возвратные тифы ............................................................................................................. 394 40.3.2. Болезнь Лайма .................................................................................................................. 396 40.4. Лептоспироз ............................................................................................................................... 396 ГЛАВА 41. МИКОЗЫ ..................................................................................................................................... 398 41.1. Грибы ............................................................................................................................................ 398 41.2. Глубокие микозы........................................................................................................................ 398 41.2.1. Кокцидиоидоз.................................................................................................................... 398 41.2.2. Гистоплазмоз .................................................................................................................... 400 41.2.3. Бластомикоз ...................................................................................................................... 401 41.3. Подкожные микозы ................................................................................................................... 402 41.3.1. Споротрихоз ...................................................................................................................... 402 41.3.2. Хромобластомикоз .......................................................................................................... 402 41.3.3. Мадуромикоз и феогифомикоз ..................................................................................... 403 41.4. Дерматомикозы.......................................................................................................................... 403 41.4.1. Микроспория ..................................................................................................................... 404 41.4.2. Трихофития ....................................................................................................................... 404 41.4.3. Фавус .................................................................................................................................. 405 41.5. Поверхностные микозы ............................................................................................................ 406 ГЛАВА 42. ПРОТОЗОЙНЫЕ ИНФЕКЦИИ .................................................................................................... 407 42.1. Патогенные простейшие ........................................................................................................... 407 42.2. Амебы .......................................................................................................................................... 407 42.2.1. Entamoeba histolytica ........................................................................................................ 407 Оглавление microbiologia_2014_14.indd 11 11 27.08.2014 16:02:57 42.2.2. Свободноживущие амебы .............................................................................................. 408 42.3. Жгутиковые ................................................................................................................................ 409 42.3.1. Лейшмании ........................................................................................................................ 409 42.3.2. Трихомонады .................................................................................................................... 410 42.3.3. Лямблии ............................................................................................................................ 411 42.3.4. Трипаносомы .................................................................................................................... 412 42.4. Споровики................................................................................................................................... 414 42.4.1. Токсоплазмы ...................................................................................................................... 414 42.4.2. Плазмодий малярии ........................................................................................................ 415 42.5. Циклоспоры................................................................................................................................ 417 42.6. Балантидии................................................................................................................................. 418 ГЛАВА 43. КИШЕЧНЫЕ ВИРУСНЫЕ ИНФЕКЦИИ ....................................................................................... 419 43.1. Распространение........................................................................................................................ 419 43.2. Энтеровирусы ............................................................................................................................ 419 43.2.1. Вирусы полиомиелита ..................................................................................................... 420 43.2.2. Вирусы Коксаки ................................................................................................................ 421 43.2.3. Вирусы группы ЕСНО ...................................................................................................... 421 43.3. Ротавирусы ................................................................................................................................. 422 43.4. Калицивирусы ............................................................................................................................ 423 ГЛАВА 44. РЕСПИРАТОРНЫЕ ВИРУСНЫЕ ИНФЕКЦИИ ............................................................................. 424 44.1. Распространение ....................................................................................................................... 424 44.2. Грипп ........................................................................................................................................... 424 44.3. Парамиксовирусы ..................................................................................................................... 426 44.3.1. Корь .................................................................................................................................... 427 44.3.2. Эпидемический паротит — «свинка» ............................................................................ 428 44.3.3. Респираторно-синцитиальный вирус ........................................................................... 429 44.3.4. Вирус парагриппа ............................................................................................................. 429 44.4. Краснуха...................................................................................................................................... 429 44.5. Коронавирусы ............................................................................................................................ 430 44.6. Аденовирусы .............................................................................................................................. 431 44.7. Реовирусы ................................................................................................................................... 432 44.8. Натуральная оспа ...................................................................................................................... 433 ГЛАВА 45. ВИРУСНЫЕ ГЕПАТИТЫ .............................................................................................................. 436 45.1. Гепатотропные вирусы .............................................................................................................. 436 45.2. Гепатит А ..................................................................................................................................... 436 45.3. Гепатит Е ..................................................................................................................................... 437 45.4. Гепатит В ..................................................................................................................................... 438 45.5. Гепатит С ..................................................................................................................................... 440 45.6. Гепатит D ..................................................................................................................................... 441 45.7. Гепатит G ..................................................................................................................................... 441 45.8. Гепатит ТТ ................................................................................................................................... 442 ГЛАВА 46. АРБОВИРУСЫ И РОБОВИРУСЫ ................................................................................................ 443 46.1. Арбовирусы ................................................................................................................................ 443 46.2. Тогавирусы ................................................................................................................................. 444 46.3. Флавивирусы .............................................................................................................................. 445 46.3.1. Желтая лихорадка ............................................................................................................ 445 46.3.2. Клещевой энцефалит ...................................................................................................... 446 46.3.3. Омская геморрагическая лихорадка ............................................................................ 447 12 microbiologia_2014_14.indd 12 Оглавление 27.08.2014 16:02:57 46.3.4. Лихорадка Денге .............................................................................................................. 447 46.4. Буньявирусы ............................................................................................................................... 448 46.5. Робовирусы ................................................................................................................................ 449 46.5.1. Вирус геморрагической лихорадки Хантаан с почечным синдромом..................... 449 46.5.2. Аренавирусы ..................................................................................................................... 450 46.5.3. Филовирусы ...................................................................................................................... 451 ГЛАВА 47. ГЕРПЕС-ВИРУСНЫЕ ИНФЕКЦИИ .............................................................................................. 453 47.1. Герпес-вирусы ............................................................................................................................. 453 47.2. Вирусы простого герпеса ВГЧ-1 и ВГЧ-2................................................................................ 454 47.3. Вирус герпеса ВГЧ-3 .................................................................................................................. 454 47.4. Вирус герпеса ВГЧ-4 .................................................................................................................. 455 47.5. Вирус герпеса ВГЧ-5 .................................................................................................................. 455 47.6. Вирусы герпеса ВГЧ-6 и ВГЧ-7................................................................................................. 456 47.7. Вирус герпеса ВГЧ-8 .................................................................................................................. 456 ГЛАВА 48. МЕДЛЕННЫЕ ВИРУСНЫЕ И ПРИОННЫЕ ИНФЕКЦИИ ............................................................. 457 48.1. Третий лик вирусных инфекций.............................................................................................. 457 48.2. Иммунодефицит человека — ВИЧ-инфекция ...................................................................... 457 48.3. Бешенство .................................................................................................................................. 460 48.4. Прогрессирующая многоочаговая лейкоэнцефалопатия................................................... 461 48.5. Вирусы, вызывающие склерозирующий панэнцефалит..................................................... 462 48.6. Прионы ........................................................................................................................................ 462 48.7. Прионные инфекции ................................................................................................................. 463 ГЛАВА 49. ОНКОГЕННЫЕ ВИРУСЫ............................................................................................................. 464 49.1. Проблема века ............................................................................................................................ 464 49.2. Вирусно-генетическая теория происхождения опухолей .................................................. 464 49.3. ДНК-содержащие онкогенные вирусы ................................................................................... 466 49.3.1. Папилломавирусы ............................................................................................................ 466 49.3.2. Полиомавирусы ................................................................................................................ 466 49.3.3. Аденовирусы ..................................................................................................................... 467 49.3.4. Вирус гепатита В ............................................................................................................... 467 49.3.5. Вирус контагиозного моллюска..................................................................................... 467 49.3.6. Герпес-вирусы ................................................................................................................... 467 49.4. Онкогенные РНК-содержащие вирусы семейства Retroviridae .......................................... 468 49.4.1. Подсемейство Oncoviridae ............................................................................................... 468 49.4.2. Род Lentivirus ..................................................................................................................... 469 49.4.3. Род Deltaretrovirus ............................................................................................................ 469 ЗАКЛЮЧЕНИЕ ............................................................................................................................................. 470 ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ ДЛЯ ОЦЕНКИ ЗНАНИЙ СТУДЕНТОВ ...................................................................... 472 РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА ................................................................................................................ 509 Оглавление microbiologia_2014_14.indd 13 13 27.08.2014 16:02:57 ГЛАВА 2 . Морфология бактерий Морфология бактерий 2.1. Бактерии-прокариоты Бактерии-прокариоты — группа одноклеточных микроорганизмов, не имеющих ядерной оболочки. Их изучает бактериология — наука о строении, физиологии, развитии и размножении бактерий. Согласно последней классификации Берги (2010), состав домена Bacteria включает следующие типы бактерий, имеющие наибольшее медицинское значение. 1. Proteobacteria — в основном грамотрицательные бактерии. В их состав входят возбудители риккетсиоза, бруцеллеза, менингита, гонореи, сальмонеллеза, дизентерии, чумы и др. 2. Firmicutes — в основном грамположительные бактерии, вызывающие воспалительные заболевания многих органов (кожи, носоглотки и др.), газовую гангрену, поражение легких (микоплазмоз, листериоз) и др. 3. Actinobacteria — один класс, представители которого являются возбудителями актиномикоза, дифтерии, туберкулеза. 4. Clamydiae — один класс, представители которого вызывают трахому, орнитоз, пневмонию, воспаление урогенитального тракта. 5. Spirochaetes — один класс. Спирохеты являются возбудителями лептоспироза, возвратных тифов, сифилиса и др. 6. Bacteroidetes — один класс. Бактероиды являются типичными представителями нормальной микрофлоры организма. Относятся к условно-патогенным микробам, способным вызывать воспалительные заболевания. 26 7. Fusobacteria состоит из одного класса и одного рода с аналогичными названиями. Фузобактерии — представители нормальной микрофлоры, но могут вызывать воспаления в местах своего обитания. Основные формы бактерий и некоторые вызываемые ими заболевания человека представлены в табл. 2.1 и 2.2. По форме клеток бактерии делят на палочковидные, шаровидные, извитые и ветвящиеся. 2.2. Строение бактериальной клетки 2.2.1. Палочковидные бактерии Палочковидные бактерии (длина 1,0– 8,0 мкм, толщина 0,52 мкм) имеют различные размеры, форму концов клетки, отличаются капсулами и жгутиками, образованием и расположением спор (рис. 2.1). У палочковидных бактерий могут быть слегка закругленные (кишечная, рис. 2.1, а), обрубленные (сибиреязвенная, рис. 2.1, б), утолщенные (дифтерийная, рис. 2.1, в) концы. Они могут иметь вид бочонка (чумная, рис. 2.1, г), барабанной палочки (столбнячная, рис. 2.1, д), ракетки (ботулиническая, рис. 2.1, е), могут быть разветвленными на концах (бифидобактерии, рис. 2.1, ж) или слегка изогнутыми (вибрион, рис. 2.1, з). Палочковидные бактерии могут быть расположены в поле зрения беспорядочно (кишечная), цепочкой (сибиреязвенная), под ЧАСТНАЯ МИКРОБИОЛОГИЯ microbiologia_2014_14.indd 26 27.08.2014 16:02:57 Таблица 2.1. Основные формы грамотрицательных микробов и их патогенность для человека Микробы Форма клеток Вызываемые заболевания Шаровидные Микрококки Уретрит, пневмония Вейлонеллы Менингит Гонококки Гонорея Менингококки Эпидемический менингит Хламидии Трахома, орнитоз, пневмония Микоплазмы Респираторная инфекция Палочковидные, без спор (бактерии) Эшерихии Гнойные воспаления, энтероколиты Протей Гнойные воспаления, энтероколиты Сальмонеллы Брюшной тиф, паратифы Шигеллы Дизентерия Бруцеллы Бруцеллез Бактероиды Гнойные воспаления ТТТ Фузиформные Гнойные воспаления Иерсинии Чума, псевдотуберкулез, колит Туляремийные Туляремия Бордетеллы Коклюш, паракоклюш Легионеллы Пневмония Псевдомонады Гнойные процессы Сыпной тиф, Ку-лихорадка, цуцугамуши, эрлихиозы Риккетсии, коксиеллы Вибрионы 1 изгиб Холера Кампилобактерии 2 изгиба Энтероколиты Спириллы 3–4 изгиба Болезнь укуса крыс Трепонемы 8–12 изгибов Сифилис Боррелии 4–8 изгибов Возвратный тиф, болезнь Лайма Лептоспиры 12–20 изгибов Водная лихорадка углом друг к другу (коринебактерии), в виде стайки рыб (вибрионы) (рис. 2.1). Некоторые бактерии образуют споры, капсулы и имеют жгутики, у других их нет. Именно наличие спор на концах клеток обусловливает своеобразный вид палочек столбняка и ботулизма. Самые мелкие палочки — риккетсии (длина 0,3–2,0 мкм), хотя часто они могут иметь и другие формы. Палочки имеют типичную для бактерий морфологию и ультраструктуру, поэтому на их примере легче всего начать изучение строения бактериальной клетки. Тело бактерии состоит из протоплазмы и цитоплазматической мембраны, окруженных клеточной стенкой (рис. 2.2). Протоплазма — сложная коллоидная система, состоящая из цитоплазмы и нуклеоида ЧАСТНАЯ МИКРОБИОЛОГИЯ microbiologia_2014_14.indd 27 Морфология бактерий Извитые 27 27.08.2014 16:02:57 Таблица 2.2. Основные формы грамположительных микробов и их патогенность для человека Микробы Форма клеток Вызываемые заболевания Шаровидные Микрококки Гнойные воспаления Пневмококки Пневмония Стрептококки Ангины, скарлатина Стафилококки Ангины, фарингиты, гнойные воспаления Тетракокки, пептококки Гнойные процессы Палочковидные, со спорами Сибиреязвенные Сибирская язва Столбнячные Столбняк Ботулинистические Ботулизм Газовой гангрены Газовая гангрена Палочковидные, без спор Дифтерийные Дифтерия Гарднереллы Вагинит Листерии Ангина, сепсис, менингиты Не вызывают Лактобактерии Морфология бактерий Ветвящаяся 28 Микобактерии Поражение внутренних органов – микобактериозы Туберкулезные бактерии Туберкулез Бифидобактерии Не вызывают Актиномицеты Поражение внутренних органов – актиномикозы (ДНК и РНК). В состав цитоплазмы входят растворимые белки, органические и неорганические соединения, различные включения, содержащие питательные вещества, продукты обмена веществ и рибосомы, ответственные за синтез белка. Важнейшим компонентом протоплазмы является нуклеоид. Он считается эквивалентом ядра и расположен в центральной зоне бактерии в виде двунитчатой ДНК с молекулярной массой 2–3 109. Молекула ДНК — компактная суперспирализованная структура, которую можно считать кольцевой хромосомой. В ней закодирована вся генетическая информация бактерии. В развернутом состоянии ее длина равна 1 мм. У нуклеоида нет ядерной оболочки и ядрышка. Этим бактерии-прокариоты отличаются от микробов-эукариот, имеющих морфологически оформленное ядро. Бактериальная хромосома по морфологии напоминает бусы. Помимо ДНК в состав нуклеоида входят РНК и белки. Кроме нуклеоида в цитоплазме находятся плазмиды (эписомы), являющиеся внехромосомными факторами наследственности. Их может быть от 1 до 200. Они передаются от одной бактериальной клетки к другой. Для медицинской практики большое значение имеют плазмиды, которые определяют устойчивость микробов к антибиотикам или обеспечивают продукцию факторов патогенности, ведущих к развитию инфекционного процесса в макроорганизме. Белки являются составной структурной частью цитоплазмы. В их состав входят ферменты и токсины бактерий. Белки бактериальной клетки участвуют в формировании антигенной специфичности бактерий. В цитоплазме бактерий нет эндоплазматического ЧАСТНАЯ МИКРОБИОЛОГИЯ microbiologia_2014_14.indd 28 27.08.2014 16:02:57 Рис. 2.1. Формы палочковидных бактерий с конcтантой седиментации 70S. Они имеют сферическую форму диаметром около 20 нм и состоят из двух субъединиц с константами седиментации 30S и 50S. Первая субъединица содержит одну молекулу РНК (иРНК) и 21 молекулу белка, вторая — две молекулы РНК и 33–34 молекулы белка. Обе субъединицы объединяются в единую рибосому перед началом синтеза белка, а рибосомы — в полисомы и связываются с цитоплазматической мембраной (ЦПМ). ЦПМ расположена под клеточной стенкой и ограничивает цитоплазму (рис. 2.2 и 2.3). Между ними находится пространство (периплазма), содержащее ферменты. ЦПМ является динамической структурой и состоит из нейтральных липидов и фосфолипидов (15–30 %), белков (50–70 %), углеводов (2–5 %), РНК и других веществ. Липиды состоят из Морфология бактерий ретикулума. Исключение составляют микобактерии, клостридии, протей, в цитоплазме которых расположены трубочки (рапидосомы), напоминающие каналы ретикулума. Цитоплазма бактерий имеет вакуоли, содержащие запасные питательные вещества бактерии или продукты обмена веществ: волютин, гликоген, крахмал, жиры, серу, железо и др. Зерна волютина (комплекс РНК с метаполифосфатами) — это пищевой запас коринебактерии дифтерии. Они расположены на концах бактерии и используются для ее морфологической идентификации. У других бактерий питательные гранулы содержат гликоген, крахмал или жиры. В вакуолях находятся и продукты жизнедеятельности клеток (нейтральные жиры, воск, сера, кристаллы щавелевой кислоты). Рибосомы бактерий — это синтезирующие белок рибонуклеопротеидные частицы Рис. 2.2. Строение бактериальной клетки ЧАСТНАЯ МИКРОБИОЛОГИЯ microbiologia_2014_14.indd 29 29 27.08.2014 16:02:57 ГЛАВА 4 . Питание и обмен веществ бактерий Питание и обмен веществ бактерий 4.1. Питание бактерий Пищевые потребности являются общими для всех живых существ. Все они нуждаются в воде, в которой протекают биохимические реакции, в аминокислотах для построения собственных белков, в углеводах и жирах как источниках энергии для процессов синтеза более сложных соединений, в минеральных веществах, микроэлементах и витаминах, которые необходимы для работы ферментов и синтеза белков. Бактериям необходимы кислород, водород, углерод и азот. Кислород и водород используются бактериями в виде связанных соединений. Эти потребности покрываются за счет поступающей в клетку воды. Многие бактерии могут поглощать кислород воздуха. Более сложным является процесс усвоения бактериями углерода и азота. По типу углеродистого и азотистого питания микробы делятся на аутотрофы и гетеротрофы (рис. 4.1). Аутотрофы способны усваивать углерод из неорганических соединений (СО2), источником азота для них служат простейшие азотсодержащие молекулы (соли азотистой кислоты и аммиака). Типичными аутотрофами являются открытые С.Н. Виноградским нитрифицирующие бактерии почвы. Нитрозобактерии окисляют аммонийные соли до нитритов: 2NH3 + О2 2HNO2 + 2H2O. Нитробактерии превращают нитриты в нитраты — соли, пригодные для питания растений: 2HNO2 + О2 2НNO3. 46 Энергию окисления нитробактерии используют для превращения СО2 в гексозу. Завершая процесс минерализации белков, нитрифицирующие бактерии играют важную роль в процессах самоочищения воды и почвы, способствуют повышению урожайности почвы благодаря накоплению в ней азотнокислых солей. Существует и обратный процесс, когда бактерии восстанавливают нитраты в нитриты (денитрификация). Процесс протекает в три этапа: 1) 2HNO3 2HNО2 + O2; 2) 2HNO2 промежуточное соединение + O2; 3) промежуточное соединение N2 + H2O + O2. Денитрифицирующие микробы в анаэробных условиях используют описанные выше процессы как основную форму дыхания, а соли азотной и азотистой кислот служат для них источником азота. Среди патогенных бактерий этими свойствами обладают стафилококки, псевдомонады, палочки дифтерии, туберкулеза, Clostridium perfringens, некоторые пептококки, актиномицеты. Обедняя почву минеральным азотом, денитрифицирующие бактерии наносят вред ее плодородию. Однако этот эффект компенсируется деятельностью свободноживущих азотфиксирующих микробов (аэробов и анаэробов). В аэробных условиях (аэробное дыхание) акцептором водорода является свободный кислород. В анаэробных условиях факультативные анаэробы в качестве акцептора водорода могут использовать связанный кислород нитратов (NO3–«нитратное ЧАСТНАЯ МИКРОБИОЛОГИЯ microbiologia_2014_14.indd 46 27.08.2014 16:02:57 дыхание»), восстанавливая его до аммиака (аммонификация) или азота (денитрификация). Для псевдомонад в анаэробных условиях он является основной формой дыхания и получения азота. Гетеротрофы извлекают углерод из органических молекул: гексоз, аминокислот, многоатомных спиртов. Предметом изучения медицинской микробиологии являются гетерохемоорганотрофы. Они получают энергию за счет окислительно-восстановительных реакций, используя органические соединения в качестве доноров электронов. В их число входят патогенные и условно-патогенные микробы. Гетеротрофов разделяют на сапрофиты и паразиты. Первые способны усваивать мертвые органические вещества, вторые могут жить только за счет других живых клеток (рис. 4.1). Среди микробов-паразитов выделяют облигатные и факультативные. Факультативные паразиты могут жить как вне, так и внутри живой клетки (микробы дизентерии, гонококк и др.). Облигатные паразиты существуют только внутри живой клетки. К ним относятся риккетсии, хламидии, вирусы. К особенностям питания микробов можно отнести исключительные быстроту и интенсивность этого процесса, а также возможность приспособления к различным источникам питания или даже изменение типа питания. Например, патогенные бактерии (паразиты) легко вырастают на мертвых органических субстратах (искусственные питательные среды), что типично для сапрофитов. Микробы способны питаться макромолекулярными соединениями и твердыми частицами пищи, разлагая их с помощью экзоферментов, выделяемых во внешнюю среду (внешнее переваривание — рис. 4.2), или эндоферментов, локализованных на поверхности клетки (контактное переваривание — рис. 4.3). Проникновение питательных веществ в микробную клетку происходит различными способами. Пассивная (простая) диффузия обеспечивает перемещение веществ (с молекулярной массой не более 600–700) из места с высокой их концентрацией в сторону низкой концентрации. Вещества диффундируют сквозь клеточную оболочку и ЦПМ через липидный слой или по заполненным водой порам ЦПМ (рис. 4.4). В основе облегченной диффузии, как и при пассивной диффузии, лежит разница концентрации вещества вне и внутри клетки. Рис. 4.2. Внешнее переваривание Рис. 4.3. Контактное переваривание ЧАСТНАЯ МИКРОБИОЛОГИЯ microbiologia_2014_14.indd 47 Питание и обмен веществ бактерий Рис. 4.1. Классификация микробов по типу питания 47 27.08.2014 16:02:57 Рис. 4.6. Транслокация питательных веществ в бактериальную клетку Рис. 4.4. Диффузия питательных веществ через липидный слой клеточной стенки или поры бактериальной клетки цитоплазму, где соединение сахар + фосфат освобождается (рис. 4.6). Процесс требует затраты энергии. 4.2. Обмен веществ Питание и обмен веществ бактерий Рис. 4.5. Активный транспорт питательных веществ в /бактериальную клетку Облегченная диффузия не требует затрат энергии, т. к. вещества перемещаются из области высокой концентрации субстрата (внешняя среда) в область низкой концентрации субстрата (цитоплазма). При активном транспорте перемещение субстрата происходит из зоны с низкой концентрацией (внешняя среда) в зону с высокой концентрацией (как бы против течения). Этот процесс обеспечивают специальные ферменты мембраны — пермеазы, которые «протаскивают» вещество через ЦПМ в цитоплазму. Процесс требует затрат энергии (рис. 4.5). Другой тип активного транспорта веществ внутрь клетки реализуется при помощи фосфортрансферной системы (транслокация радикалов). В этом случае белок-переносчик находится в фосфорилированной форме. Он связывает свободный сахар на наружной поверхности мембраны и переносит его в 48 В основе физиологических функций бактерий лежит непрерывный обмен веществ, в процессе которого одна часть питательных веществ усваивается и расходуется на построение клеточных элементов, а другая разлагается и окисляется, выделяя энергию, необходимую для построения этих веществ. Микробы, растения и животные имеют много общих черт в обмене веществ. Это сходство проявляется в идентичности химических элементов, принимающих участие в обмене веществ, схожести метаболических путей, тесной взаимосвязи между обменом веществ и энергетическими процессами, в принципиальной общности функций поддержания жизни и ее воспроизведении. Однако обмен веществ микробов имеет и свои специфические черты. Они проявляются в его высокой интенсивности, многообразии источников для получения энергии и построения клетки, способности к саморегуляции, а также в относительно простом строении структур, контролирующих обмен веществ, и их несовершенстве по сравнению с растениями и животными. Обмен веществ микробов складывается из катаболизма (расщепления) и анаболизма (синтеза). При катаболизме происходит распад сложных веществ на более простые: из белков — аминокислоты, из полисахаридов — моносахара. При катаболизме накапливается энергия, которая расходуется затем в процессе построения новых молекул. Анаболизм — про- ЧАСТНАЯ МИКРОБИОЛОГИЯ microbiologia_2014_14.indd 48 27.08.2014 16:02:57 ГЛАВА 6 . Рост и размножение бактерий 6.1. Репродукция бактерий Репродукцию бактерий обеспечивают два процесса: рост и размножение. Рост — это главным образом увеличение размеров, объема, массы организма или его отдельной части в процессе индивидуального развития, обусловленное обменом веществ. Размножение — процесс воспроизведения себе подобных особей, обеспечивающий продолжение вида. Особенностью микроорганизмов являются высокие темпы размножения в благоприятных условиях и способность длительное время существовать без размножения в неблагоприятных условиях. Способы размножения микробов отличаются разнообразием (рис. 6.1). половой донорской F+-плазмидой, которой нет у клетки-реципиента. В результате переноса образуются две F+-бактерии (рис. 6.2). Перенос плазмидами резистентности, вирулентности, антибиотикорезистентности микробов имеет большое значение в изменчивости бактерий. F+-фактор может быть встроенным в хромосому. При конъюгации реципиенту передается одна нить ДНК донора. Образуется неполная комбинированная хромосома (мерозигота). В клетке-реципиенте достраивается вторая нить ДНК и образуется полноценная хромосома с включением в ее состав F+-фактора (конъюгант). Передача генетического материала путем непосредственного контакта клеток донора и реципиента через конъюгационный мостик (секс-пили) называется конъюгацией. Процесс имеет место у семейства энтеробактерий и псевдомонад. Соотношение F+- и F–-особей в популяции 1:1 106. Процесс контролируется При этом способе размножения из одной клетки образуются две равноценные без предварительного обмена генетической информацией (амитоз). Делению клетки предшествует фаза роста, в которой последовательно повышается содержание РНК, белка, ДНК с увеличением размера клетки. После достижения определенного этапа происходит активация Рост и размножение бактерий 6.3. Вегетативное размножение 6.2. Половое размножение Рис. 6.1. Способы размножения микробов ЧАСТНАЯ МИКРОБИОЛОГИЯ microbiologia_2014_14.indd 59 59 27.08.2014 16:02:58 Рис. 6.2. Передача бактериальной плазмиды путем конъюгации Рост и размножение бактерий гена-регулятора, который снимает репрессию с гена-репликатора. Последний активирует синтез ДНК-полимеразы (хеликаза), которая раскручивает и разъединяет молекулу ДНК на две самостоятельные нити (рис. 6.3). Каждая из них служит матрицей для синтеза новой дочерней цепи ДНК (рис. 6.4). Для стабилизации одинарных ветвей хромосомы в исходном положении служит белок SSB, а для стабилизации фрагментов двойной Рис. 6.3. Репликационная вилка ДНК при ее разделении на две цепи основной нити — фермент топоизомеразы, предотвращающий повторное скручивание хромосомы. После расщепления хромосомы на две ветви начинается их удвоение, которое совершается в определенной последовательности. Процесс начинается воздействием фермента ДНК-праймазы на 3-цепи (см. рис. 6.4). На одноцепочечной матрице ДНК организуется синтез РНК-праймера-затравки (рис. 6.4, 1), который осуществляет фермент ДНК-праймаза (рис. 6.4, 2). Праймер — короткий олигонуклеотид, гибридизирующийся с матрицей ДНК и являющийся затравкой при ее копировании. Он инициирует начало синтеза ДНК при помощи ДНК-полимеразы (рис. 6.4, 3), которая присоединяет комплементарные матрице нуклеотиды к свободному 3-концу растущей цепи. После начала процесса она удаляется. Механизм удвоения для каждой нити носит различный характер. На ведущей ветви процесс синтеза ДНК идет непрерывно, начиная от 3-конца цепи, на дочерней ветви — фрагмен- ‘ ‘ SSB Рис. 6.4. Полимеризация ДНК дочерней отстающей нити 60 ЧАСТНАЯ МИКРОБИОЛОГИЯ microbiologia_2014_14.indd 60 27.08.2014 16:02:58 тарно (рис. 6.4, 4). Бреши, которые остаются после достраивания цепи ДНК-полимеразами на отстающей цепи, соединяются ферментом лигазой (рис. 6.4, 5). Процесс репликации продолжается до полного удвоения нитей ДНК. Образовавшиеся в результате репликации две двойные нити ДНК расходятся. Молекулы ДНК удаляются друг от друга по мере увеличения объема клетки. Затем материнская клетка делится на две дочерние клетки (цитокинез) с одинаковым набором ДНК путем простого бинарного деления (рис. 6.5). 6.4. Особенности размножения бактерий У бактерий с полюсными жгутиками (Pseudomonas) в процессе деления жгутик и блефаропласт у дочерней клетки появляются на противоположном полюсе клетки (рис. 6.6). У грамположительных микробов цитокинез происходит путем врастания вновь синтезирующихся перегородок внутрь клетки, а у грамотрицательных микробов — путем перетяжки. Бактерии размножаются делением одной клетки на две дочерние без предварительного обмена генетической информацией. Время, в течение которого происходит деление клетки, называют временем генерации. У псевдомонад оно равно 14 мин, у кишечной палочки — 20 мин, у микобактерий туберкулеза — 14–15 ч. После цитокинеза дочерние клетки расходятся, образуя отдельные клетки, цепочки или кучки, в зависимости от того, в каких плоскостях происходит их расхождение. За контроль роста и размножения при помощи пермеаз, оксиредуктаз, систем синтеза белка и ДНК отвечает геном-регулятор. В норме эти процессы сбалансированы и последовательны. При росте в неблагоприятных условиях процессы разобщаются. Рост клетки продолжается, а размножения не происходит. В результате образуются инволюционные формы бактерий с измененными размерами, формами, утратой некоторых ультраструктур, нарушенным синтезом пептидогликана и клеточной стенки. Это происходит после действия на клетку антибиотиков, бактериофагов, антисептиков, дезинфектантов. К инволюционным формам относят L-формы бактерий с полным или частичным дефектом клеточной стенки: протопласты и сферопласты. Рост и размножение бактерий Рис. 6.5. Фазы размножения бактерий Рис. 6.6. Деление микробов с полярно расположенными жгутиками ЧАСТНАЯ МИКРОБИОЛОГИЯ microbiologia_2014_14.indd 61 61 27.08.2014 16:02:58