Лекции «Сестринское дело» Лекция № 1. Введение. Предмет и задачи медицинской микробиологии, паразитологии, вирусологии и иммунологии. Этапы развития микробиологии. 2ч 1.Введение Микробиология ( от греч. micros- малый, bios- жизнь, logos- учение, т.е. учение о малых формах жизни) - наука, изучающая организмы, неразличимые (невидимые) невооруженным какой- либо оптикой глазом, которые за свои микроскопические размеры называют микроорганизмы (микробы). Предметом изучения микробиологии является их морфология, физиология, генетика, систематика, экология и взаимоотношения с другими формами жизни. В таксономическом отношении микроорганизмы очень разнообразны. Они включают прионы, вирусы, бактерии, водоросли, грибы, простейшие и даже микроскопические многоклеточные животные. По наличию и строению клеток вся живая природа может быть разделена на прокариоты (не имеющие истинного ядра), эукариоты (имеющие ядро) и не имеющие клеточного строения формы жизни. Последние для своего существования нуждаются в клетках, т.е. являются внутриклеточными формами жизни (рис.1). По уровню организации геномов, наличию и составу белоксинтезирующих систем и клеточной стенки все живое делят на 4 царства жизни: эукариоты, эубактерии, архебактерии, вирусы и плазмиды. К прокариотам, объединяющим эубактерии и архебактерии, относят бактерии, низшие (сине- зеленые) водоросли, спирохеты, актиномицеты, архебактерии, риккетсии, хламидии, микоплазмы. Простейшие, дрожжи и нитчатые грибы- эукариоты. Микроорганизмы- это невидимые простым глазом представители всех царств жизни. Они занимают низшие (наиболее древние) ступени эволюции, но играют важнейшую роль в экономике, круговороте веществ в природе, в нормальном существовании и патологии растений, животных, человека. Микроорганизмы заселяли Землю еще 3- 4 млрд. лет назад, задолго до появления высших растений и животных. Микробы представляют самую многочисленную и разнообразную группу живых существ. Микроорганизмы чрезвычайно широко распространены в природе и являются единственными формами живой материи, заселяющими любые, самые разнообразные субстраты (среды обитания), включая и более высокоорганизованные организмы животного и растительного мира. Можно сказать, что без микроорганизмов жизнь в ее современных формах была бы просто невозможна. Микроорганизмы создали атмосферу, осуществляют кругоборот веществ и энергии в природе, расщепление органических соединений и синтез белка, способствуют плодородию почв, образованию нефти и каменного угля, выветриванию горных пород, многим другим природным явлениям. С помощью микроорганизмов осуществляются важные производственные процессы - хлебопечение, виноделие и пивоварение, производство органических кислот, ферментов, пищевых белков, гормонов, антибиотиков и других лекарственных препаратов. Микроорганизмы как никакая другая форма жизни испытывает воздействие разнообразных природных и антропических (связанных с деятельностю людей) факторов, что, с учетом их короткого срока жизни и высокой скорости размножения, способствует их быстрому эволюционированию. Наибольшую печальную известность имеют патогенные микроорганизмы (микробы- патогены) - возбудители заболеваний человека, животных, растений, насекомых. Микроорганизмы, приобретающие в процессе эволюции патогенность для человека (способность вызывать заболевания), вызывают эпидемии, уносящие миллионы жизней. До настоящего времени вызываемые микроорганизмами инфекционные заболевания остаются одной из основных причин смертности, причиняют существенный ущерб экономике. Изменчивость патогенных микроорганизмов составляет основную движущую силу в развитии и совершенствовании систем защиты высших животных и человека от всего чужеродного (чужеродной генетической информации). Более того, микроорганизмы являлись до недавнего времени важным фактором естественного отбора в человеческой популяции ( пример- чума и современное распространение групп крови). В настоящее время вирус иммунодефицита человека (ВИЧ) посягнул на святое святых человека- его иммунную систему. 2. Основные этапы развития микробиологии, вирусологии и иммунологии К ним можно отнести следующие: 1.Эмпирических знаний ( до изобретения микроскопов и их применения для изучения микромира). Джироламо Фракасторо (1546г.) предположил живую природу агентов инфекционных заболеваний- contagium vivum. 2.Морфологический период занял около двухсот лет. Антони ван Левенгук в 1675г. впервые описал простейших, в 1683г.- основные формы бактерий. Несовершенство приборов ( максимальное увеличение микроскопов X300) и методов изучения микромира не способствовало быстрому накоплению научных знаний о микроорганизмах. 3.Физиологический период (с 1875г.)- эпоха Л.Пастера и Роберта.Коха. Л.Пастер- изучение микробиологических основ процессов брожения и гниения, развитие промышленной микробиологии, выяснение роли микроорганизмов в кругообороте веществ в природе, открытие анаэробных микроорганизмов, разработка принципов асептики, методов стерилизации, ослабления (аттенуации) вирулентности и получения вакцин (вакцинных штаммов). Р.Кох- метод выделения чистых культур на твердых питательных средах, способы окраски бактерий анилиновыми красителями, открытие возбудителей сибирской язвы, холеры (запятой Коха), туберкулеза (палочки Коха), совершенствование техники микроскопии. Экспериментальное обоснование критериев Хенле, известные как постулаты (триада) Хенле- Коха. 4.Иммунологический период. Илья.Ильич.Мечников- “поэт микробиологии” по образному определению Эмиля Ру. Он создал новую эпоху в микробиологии - учение о невосприимчивости (иммунитете), разработав теорию фагоцитоза и обосновав клеточную теорию иммунитета. Одновременно накапливались данные о выработке в организме антител против бактерий и их токсинов, позволившие П.Эрлиху разработать гуморальную теорию иммунитета. В последующей многолетней и плодотворной дискуссии между сторонниками фагоцитарной и гуморальной теорий были раскрыты многие механизмы иммунитета и родилась наука иммунология. В дальнейшем было установлено, что наследственный и приобретенный иммунитет зависит от согласованной деятельности пяти основных систем : макрофагов, комплемента, Т- и В- лимфоцитов, интерферонов, главной системы гистосовместимости, обеспечивающих различные формы иммунного ответа. И.И.Мечникову и П.Эрлиху в 1908г. была присуждена Нобелевская премия. 12 февраля 1892г. на заседании Российской академии наук Дмитрий .Иосович .Ивановский сообщил, что возбудителем мозаичной болезни табака является фильтрующийся вирус. Эту дату можно считать днем рождения вирусологии, а Д.И.Ивановского- ее основоположником. Впоследствии оказалось, что вирусы вызывают заболевания не только растений, но и человека, животных и даже бактерий. Однако только после установления природы гена и генетического кода вирусы были отнесены к живой природе. 5. Следующим важным этапом в развитии микробиологии стало открытие антибиотиков. В 1929г. А.Флеминг открыл пенициллин и началась эра антибиотикотерапии, приведшая к революционному прогрессу медицины. В дальнейшем выяснилось, что микробы приспосабливаются к антибиотикам, а изучение механизмов лекарственной устойчивости (плазмидного) генома бактерий. привело к открытию второго- внехромосомного Изучение плазмид показало, что они представляют собой еще более просто устроенные организмы, чем вирусы, и в отличии от бактериофагов не вредят бактериям, а наделяют их дополнительными биологическими свойствами. Открытие плазмид существенно дополнило представления о формах существования жизни и возможных путях ее эволюции. 6. Современный молекулярно- генетический этап развития микробиологии, вирусологии и иммунологии начался во второй половине 20 века в связи с достижениями генетики и молекулярной биологии, созданием электронного микроскопа. В опытах на бактериях была доказана роль ДНК в передаче наследственных признаков. Использование бактерий, вирусов, а затем и плазмид в качестве объектов молекулярно- биологических и генетических исследований привело к более глубокому пониманию фундаментальных процессов, лежащих в основе жизни. Выяснение принципов кодирования генетической информации в ДНК бактерий и установление универсальности генетического кода позволило лучше понимать молекулярно- генетические закономерности, свойственные более высоко организованным организмам. Расшифровка генома кишечной палочки сделало возможным конструирование и пересадку генов. К настоящему времени генная инженерия создала новые направления биотехнологии. Расшифрованы молекулярно- генетическая организация многих вирусов и механизмы их взаимодействия с клетками, установлены способность вирусной ДНК встраиваться в геном чувствительной клетки и основные механизмы вирусного канцерогенеза. Подлинную революцию претерпела иммунология, далеко вышедшая за рамки инфекционной иммунологии и ставшая одной из наиболее важных фундаментальных медико- биологических дисциплин. К настоящему времени иммунология- это наука, изучающая не только защиту от инфекций. В современном понимании иммунология- это наука, изучающая механизмы самозащиты организма от всего генетически чужеродного, поддержании структурной и функциональной целостности организма. Иммунология в настоящее время включает ряд специализированных направлений, среди которых, наряду с инфекционной иммунологией, к наиболее значимым относятся иммуногенетика, иммуноморфология, трансплантационная иммунология, иммунопатология, иммуногематология, онкоиммунология, иммунология онтогенеза, вакцинология и прикладная иммунодиагностика. Микробиология и вирусология как фундаментальные биологические науки также включают ряд самостоятельных научных дисциплин со своими целями и задачами: общую, техническую (промышленную), сельскохозяйственную, ветеринарную и имеющую наибольшее значение для человечества медицинскую микробиологию и вирусологию. Медицинская микробиология и вирусология изучает возбудителей инфекционных болезней человека (их морфологию, физиологию, экологию, биологические и генетические характеристики), разрабатывает методы их культивирования и идентификации, специфические методы их диагностики, лечения и профилактики. К отдельным наиболее важным разделам медицинской микробиологии и вирусологии можно отнести клиническую микробиологию, санитарную микробиологию, медицинскую микологию и протозоологию, медицинскую паразитологию, учение о сапронозах. 7.Перспективы развития. В 21 веке микробиология, вирусология и иммунология представляют одно из ведущих направлений биологии и медицины, интенсивно развивающееся и расширяющее границы человеческих знаний. Иммунология вплотную подошла к регулированию механизмов самозащиты организма, коррекции иммунодефицитов, решению проблемы СПИДа, борьбе с онкозаболеваниями. Создаются новые генно- инженерные вакцины, появляются новые данные об открытии инфекционных агентов - возбудителей “соматических” заболеваний (язвенная болезнь желудка, гастриты, гепатиты, инфаркт миокарда, склероз, отдельные формы бронхиальной астмы, шизофрения и др.). Появилось понятие о новых и возвращающийся инфекциях (emerging and reemerging infections). туберкулеза, риккетсии возбудителей Примеры реставрации группы клещевой природноочаговых старых пятнистой инфекций. Среди патогеновлихорадки и новых микобактерии ряд других патогенов- вирус иммунодефицита человека (ВИЧ), легионеллы, бартонеллы, эрлихии, хеликобактер, хламидии (Chlamydia pneumoniae). Наконец, открыты вироиды и прионы - новые классы инфекционных агентов. Вироиды - инфекционные агенты, вызывающие у растений поражения, сходные с вирусными, однако эти возбудители отличаются от вирусов рядом признаков: отсутствием белковой оболочки (голая инфекционная РНК), антигенных свойств, одноцепочечной кольцевой структурой РНК ( из вирусов - только у вируса гепатита D), малыми размерами РНК. Прионы (proteinaceous infectious particle- белкоподобная инфекционная частица) представляют лишенные РНК белковые структуры, являющиеся возбудителями некоторых медленных инфекций человека и животных, характеризующихся летальными поражениями центральной нервной системы по типу губкообразных энцефалопатийкуру, болезнь Крейтцфельдта- Якоба, синдром Герстманна- Страусслера- Шайнкера, амниотрофический лейкоспонгиоз, губкообразная энцефалопатия коров (коровье “бешенство”), скрепи у овец, энцефалопатия норок, хроническая изнуряющая болезнь оленей и лосей. Предполагается, что прионы могут иметь значение в этиологии шизофрении, миопатий. Существенные отличия от вирусов, прежде всего отсутствие собственного генома, не позволяют пока рассматривать прионы в качестве представителей живой природы. 3. Задачи медицинской микробиологии. К ним можно отнести следующие: 1.Установление этиологической (причинной) роли микроорганизмов в норме и патологии. 2.Разработка методов диагностики, специфической профилактики и лечения инфекционных заболеваний, индикации (выявления) и идентификации (определения) возбудителей. 3. Бактериологический и вирусологический контроль окружающей среды, продуктов питания, соблюдения режима стерилизации и надзор за источниками инфекции в лечебных и детских учреждениях. 4.Контроль за чувствительностью микроорганизмов к антибиотикам и другим лечебным препаратам, состоянием микробиоценозов (микрофлорой) повехностей и полостей тела человека. 4.Методы микробиологической диагностики. Методы лабораторной диагностики инфекционных агентов многочисленны, к основным можно отнести следующие. 1. Микроскопический- с использованием приборов для микроскопии. Определяют форму, размеры, взаиморасположение микроорганизмов, их структуру, способность окрашиваться определенными красителями. К основным способам микроскопии можно отнести световую микроскопию (с разновидностями- иммерсионная, темнопольная, фазово - контрастная, люминесцентная и др.) и электронную микроскопию. К этим методам можно также отнести авторадиографию (изотопный метод выявления). 2.Микробиологический (бактериологический и вирусологический) - выделение чистой культуры и ее идентификация. 3.Биологический - заражение лабораторных животных с воспроизведением инфекционного процесса на чувствительных моделях (биопроба). 4.Иммунологический ( варианты - серологический, аллергологический) - используется для выявления антигенов возбудителя или антител к ним. 5.Молекулярно- генетический - ДНК- и РНК- зонды, полимеразная цепная реакция (ПЦР) и многие другие. Заключая изложенный материал, необходимо отметить теоретическое значение современной микробиологии, вирусологии и иммунологии. Достижения этих наук позволили изучить фундаментальные процессы жизнедеятельности на молекулярногенетическом уровне. Они обусловливают современное понимание сущности механизмов развития многих заболеваний и направления их более эффективного предупреждения и лечения. Вопросы: Предмет и задачи медицинской микробиологии и иммунологии. История развития микробиологии и иммунологии. Роль микроорганизмов в жизни человека и общества. Научные и практические достижения медицинской микробиологии и иммунологии. Лекция № 2. Классификация микроорганизмов. микроорганизмов. Основы морфологии 1. Систематика микроорганизмов. Систематика- распределение микроорганизмов в соответствии с их происхождением и биологическим сходством. Систематика занимается всесторонним описанием видов организмов, выяснением степени родственных отношений между ними и объединением их в различные по уровню родства классификационные единицы- таксоны. Основные вопросы, решаемые при систематике (три аспекта, три кита систематики)классификация, идентификация и номенклатура. Классификация- распределение (объединение) организмов в соответствии с их общими свойствами (сходными генотипическими и фентипическими признаками) по различным таксонам. Таксономия- наука о методах и принципах распределения (классификации) организмов в соответствии с их иерархией. Наиболее часто используют следующие таксономические единицы (таксоны)- штамм, вид, род. Последующие более крупные таксоны- семейство, порядок, класс. В современном представлении вид в микробиологии- совокупность микроорганизмов, имеющих общее эволюционное происхождение, близкий генотип (высокую степень генетической гомологии, как правило более 60%) и максимально близкие фенотипические характеристики. Нумерическая (численная) таксономия основывается на использовании максимального количества сопоставляемых признаков и математическом учете степени соответствия. Больщое число сравниваемых фенотипических признаков и принцип их равной значимости затрудняло классификацию. При изучении, идентификации и классификации микроорганизмов чаще всего изучают следующие (гено- и фенотипические) характеристики: 1.Морфологические- форма, величина, особенности взаиморасположения, структура. 2.Тинкториальные- отношение к различным красителям (характер окрашивания), прежде всего к окраске по Граму. По этому признаку все микроорганизмы делят на грамположительные и грамотрицательные. Морфологические свойства и отношение к окраску по Граму позволяют как правило отнести изучаемый микроорганизм к крупным таксонамсемейству, роду. 3.Культуральные- характер роста микроорганизма на питательных средах. 4.Биохимическиеспособность ферментировать различные субстраты (углеводы, белки и аминокислоты и др.), образовывать в процессе жизнедеятельности различные биохимические продукты за счет активности различных ферментных систем и особенностей обмена веществ. 5.Антигенные- зависят преимущественно от химического состава и строения клеточной стенки, наличия жгутиков, капсулы, распознаются по способности макроорганизма (хозяина) вырабатывать антитела и другие формы иммунного ответа, выявляются в иммунологических реакциях. 6.Физиологические- способы углеводного (аутотрофы, гетеротрофы), азотного (аминоавтотрофы, аминогетеротрофы) и других видов питания, тип дыхания (аэробы, микроаэрофилы, факультативные анаэробы, строгие анаэробы). 7.Подвижность и типы движения. 8.Способность к спорообразованию, характер спор. 9.Чувствительность к бактериофагам, фаготипирование. 10.Химический состав клеточных стенок- основные сахара и аминокислоты, липидный и жинокислотный состав. 11.Белковый спектр (полипептидный профиль). 12.Чувствительность к антибиотикам и другим лекарственным препаратам. 13.Генотипические (использование методов геносистематики). В последние десятилетия для классификации микроорганизмов, помимо их фенотипических характеристик (см. пп.1- 12), все более широко и эффективно используются различные генетические методы (изучение генотипа- генотипических свойств). Используются все более совершенные методы- рестрикционный анализ, ДНК- ДНК гибридизация, ПЦР, сиквенс и др. В основе большинства методов лежит принцип определения степени гомологии генетического материала (ДНК, РНК). При этом чаще исходят из условного допущения, что степень гомологии более 60% ( для некоторых групп микроорганизмов- 80%) свидетельствует о принадлежности микроорганизмов к одному виду (различные генотипы - один геновид), 4060%- к одному роду. Идентификация. Основные фено- и генотипические характеристики, используемые для классификации микроорганизмов, используются и для идентификации, т.е. установления их таксономического положения и прежде всего видовой принадлежности- наиболее важного аспекта микробиологической диагностики инфекционных заболеваний. Идентификация осуществляется на основе изучения фено- и генотипических характеристик изучаемого инфекционного агента и сравнения их с характеристиками известных видов. При этой работе часто применяют эталонные штаммы микроорганизмов, стандартные антигены и иммунные сыворотки к известным прототипным микроорганизмам. У патогенных микроорганизмов чаще изучают морфологические, тинкториальные, культуральные, биохимические и антигенные свойства. Номенклатура- название микроорганизмов в соответствии с международными правилами. Для обозначения видов бактерий используют бинарную латинскую номенклатуру род/вид, состоящую из названия рода (пишется с заглавной буквы) и вида (со строчной буквы). Примеры- Shigella flexneri, Rickettsia sibirica. В микробиологии часто используется и ряд других терминов для характеристики микроорганизмов. Штамм- любой конкретный образец (изолят) данного вида. Штаммы одного вида, различающиеся по антигенным характеристикам, называют серотипами (серовариантами- сокращенно сероварами), по чувствительности к специфическим фагам- фаготипами, биохимическим свойствам- хемоварами, по биологическим свойствам- биоварами и т.д. Колония- видимая изолированная структура при размножении бактерий на плотных питательных средах, может развиваться из одной или нескольких родительских клеток. Если колония развилась из одной родительской клетки, то потомство называется клон. Культура- вся совокупность микроорганизмов одного вида, выросших на плотной или жидкой питательной среде. Основной принцип бактериологической работы- выделение и изучение свойств только чистых (однородных, без примеси посторонней микрофлоры) культур. 2. Морфология бактерий. Прокариоты отличаются от эукариот по ряду основных признаков. 1.Отсутствие мембраны). истинного дифференцированного ядра (ядерной 2.Отсутствие развитой эндоплазматической сети, аппарата Гольджи. 3.Отсутствие митохондрий, хлоропластов, лизосом. 4.Неспособность к эндоцитозу (захвату частиц пищи). 5.Клеточное деление не связано с циклическими изменениями строения клетки. 6. Значительно меньшие размеры (как правило). Большая часть бактерий имеет размеры 0,5- 0,8 микрометров (мкм) х 2- 3 мкм. По форме выделяют следующие основные группы микроорганизмов. 1.Шаровидные или кокки ( с греч.- зерно). 2.Палочковидные. 3.Извитые. 4.Нитевидные. Кокковидные бактерии (кокки) по характеру взаиморасположения после деления подразделяются на ряд вариантов. 1.Микрококки. Клетки расположены в одиночку. Входят в состав нормальной микрофлоры, находятся во внешней среде. Заболеваний у людей не вызывают. 2.Диплококки. Деление этих микроорганизмов происходит в одной плоскости, образуются пары клеток. Среди диплококков много патогенных микроорганизмов- гонококк, менингококк, пневмококк. 3.Стрептококки. Деление осуществляется в одной плоскости, размножающиеся клетки сохраняют связь (не расходятся), образуя цепочки. Много патогенных микроорганизмов- возбудители ангин, скарлатины, гнойных воспалительных процессов. 4.Тетракокки. Деление в двух взаимоперпендикулярных плоскостях с образованием тетрад (т.е. по четыре клетки). Медицинского значения не имеют. 5.Сарцины. Деление в трех взаимоперпендикулярных плоскостях, образуя тюки (пакеты) из 8, 16 и большего количества клеток. Часто обнаруживают в воздухе. 6.Стафилококки (от лат.- гроздь винограда). Делятся беспорядочно в различных плоскостях, образуя скопления, напоминающие грозди винограда. Вызывают многочисленные болезни, прежде всего гнойно- воспалительные. Палочковидные формы микроорганизмов. 1.Бактерии- палочки, не образующие спор. 2.Бациллы- аэробные спорообразующие микробы. Диаметр споры обычно не превышает размера (“ширины”) клетки (эндоспоры). 3.Клостридии- анаэробные спорообразующие микробы. Диаметр споры больше поперечника (диаметра) вегетативной клетки, в связи с чем клетка напоминает веретено или теннисную ракетку. Необходимо иметь в виду, что термин “бактерия” часто используют для обозначения всех микробов- прокариот. В более узком (морфологическом) значении бактерии- палочковидные формы прокариот, не имеющих спор. Извитые формы микроорганизмов. 1.Вибрионы и кампилобактерии- имеют один изгиб, могут быть в форме запятой, короткого завитка. 2.Спириллы- имеют 2- 3 завитка. 3.Спирохеты- имеют различное число завитков, аксостиль- совокупность фибрилл, специфический для различных представителей характер движения и особенности строения(особенно концевых участков). Из большого числа спирохет наибольшее медицинское значение имеют представители трех родов- Borrelia, Treponema, Leptospira. Характеристика морфологии риккетсий, хламидий, микоплазм, более подробная характеристика вибрионов и спирохет будет дана в соответствующих разделах частной микробиологии. Данный раздел завершаем краткой характеристикой (ключем) для характеристики основных родов микроорганизмов, имеющих медицинское значение, на основе критериев, применяемых в определителе бактерий по Берджи (Berge). 3.Строение бактериальной клетки. Обязательными органоидами являются: ядерный аппарат, цитоплазма, цитоплазматическая мембрана. Необязательными (второстепенными) структурными элементами являются: клеточная стенка, капсула, споры, пили, жгутики. 1.В центре бактериальной клетки находится нуклеоид- ядерное образование, представленное чаще всего одной хромосомой кольцевидной формы. Состоит из двухцепочечной нити ДНК. Нуклеоид не отделен от цитоплазмы ядерной мембраной. 2.Цитоплазма- сложная коллоидная система, содержащая различные включения метаболического происхождения (зерна волютина, гликогена, гранулезы и др.), рибосомы и другие элементы белоксинтезирующей системы, плазмиды (вненуклеоидное ДНК), мезосомы (образуются в результате инвагинации цитоплазматической мембраны в цитоплазму, участвуют в энергетическом обмене, спорообразовании, формировании межклеточной перегородки при делении). 3.Цитоплазматическая мембрана ограничивает с наружной стороны цитоплазму, имеет трехслойное строение и выполняет ряд важнейших функций- барьерную (создает и поддерживает осмотическое давление), энергетическую (содержит многие ферментные системы- дыхательные, окислительно- восстановительные, осуществляет перенос электронов), транспортную (перенос различных веществ в клетку и из клетки). 4.Клеточная стенка- присуща большинству бактерий (кроме микоплазм, ахолеплазм и некоторых других не имеющих истинной клеточной стенки микроорганизмов). Она обладает рядом функций, прежде всего обеспечивает механическую защиту и постоянную форму клеток, с ее наличием в значительной степени связаны антигенные свойства бактерий. В составе - два основных слоя, из которых наружный- более пластичный, внутренний- ригидный. Основное химическое соединение клеточной стенки, которое специфично только для бактерий- пептидогликан (муреиновые кислоты). От структуры и химического состава клеточной стенки бактерий зависит важный для систематики признак бактерий- отношение к окраске по Граму. В соответствии с ним выделяют две большие группы- грамположительные (“грам+”) и грамотрицательные (“грам - “) бактерии. Стенка грамположительных бактерий после окраски по Граму сохраняет комплекс йода с генциановым фиолетовым (окрашены в сине- фиолетовый цвет), грамотрицательные бактерии теряют этот комплекс и соответствующий цвет после обработки и окрашены в розовый цвет за счет докрашивания фуксином. Особенности клеточной стенки грамположительных бактерий. Мощная, толстая, несложно организованная клеточная стенка, в составе которой преобладают пептидогликан и тейхоевые кислоты, липополисахаридов (ЛПС), часто нет диаминопимелиновой кислоты. Особенности клеточной стенки грамотрицательных бактерий. нет Клеточная стенка значительно тоньше, чем у грамположительных бактерий, содержит ЛПС, липопротеины, фосфолипиды, диаминопимелиновую кислоту. Устроена более сложно- имеется внешняя мембрана, поэтому клеточная стенка трехслойная. При обработке грамположительных бактерий ферментами, разрушающими пептидогликан, возникают полностью лишенные клеточной стенки структуры- протопласты. Обработка грамотрицательных бактерий лизоцимом разрушает только слой пептидогликана, не разрушая полностью внешней мембраны; такие структуры называют сферопластами. Протопласты и сферопласты имеют сферическую форму (это свойство связано с осмотическим давлением и характерно для всех безклеточных форм бактерий). L- формы бактерий. Под действием ряда факторов, неблагоприятно действующих на бактериальную клетку (антибиотики, ферменты, антитела и др.), происходит L- трансформация бактерий, приводящая к постоянной или временной утрате клеточной стенки. L- трансформация является не только формой изменчивости, но и приспособления бактерий к неблагоприятным условиям существования. В результате изменения антигенных свойств (утрата О- и Кантигенов), снижения вирулентности и других факторов L- формы приобретают способность длительно находиться (персистировать) в организме хозяина, поддерживая вяло текущий инфекционный процесс. Утрата клеточной антибиотикам, приложения стенки антителам которых Нестабильные L- делает и формы различным является формы L- химиопрепаратам, бактериальная способны нечувствительными клеточная реверсировать в к точкой стенка. классические (исходные) формы бактерий, имеющие клеточную стенку. Имеются также стабильные L- формы бактерий, отсутствие клеточной стенки и неспособность реверстровать которых в классические формы бактерий закреплены генетически. Они по ряду признаков очень напоминают микоплазмы и другие молликуты- бактерии, у которых клеточная стенка отсутствует как таксономический признак. Микроорганизмы, относящиеся к микоплазмам- самые мелкие прокариоты, не имеют клеточной стенки и как все бактериальные бесстеночные структуры имеют сферическую форму. К поверхностным структурам бактерий (необязательным, как и клеточная стенка), относятся капсула, жгутики, микроворсинки. Капсула или слизистый слой окружает оболочку ряда бактерий. Выделяют микрокапсулу, выявляемую при электронной микроскопии в виде слоя микрофибрилл, и макрокапсулу, обнаруживаемую при световой микроскопии. Капсула является защитной структурой (прежде всего от высыхания), у ряда микробов- фактором патогенности, препятствует фагоцитозу, ингибирует первые этапы защитных реакций- распознавание и поглощение. У сапрофитов капсулы образуются во внешней среде, у патогенов- чаще в организме хозяина. Существут ряд методов окраски капсул в зависимости от их химического состава. Капсула чаще состоит из полисахаридов (наиболее распространенная окраска- по Гинсу), реже- из полипептидов. Жгутики. Подвижные бактерии могут быть скользящие (передвигаются по твердой поверхности в результате волнообразных сокращений) или плавающие, передвигающиеся за счет нитевидных спирально изогнутых белковых (флагеллиновых по химическому составу) образований- жгутиков. По расположению и количеству жгутиков выделяют ряд форм бактерий. 1.Монотрихи- имеют один полярный жгутик. 2.Лофотрихи- имеют полярно расположенный пучок жгутиков. 3.Амфитрихи- имеют жгутики по диаметрально противоположным полюсам. 4.Перитрихи- имеют жгутики по всему периметру бактериальной клетки. Способность к целенаправленному движению (хемотаксис, аэротаксис, фототаксис) у бактерий генетически детерминирована. Фимбрии или реснички - короткие нити, в большом количестве окружающую бактериальную клетку, с помощью которых бактерии прокрепляются к субстратам (например, к поверхности слизистых оболочек). Таким образом, фимбрии являются факторами адгезии и колонизации. F- пили (фактор фертильности) - аппарат конъюгации бактерий, встречаются в небольшом количестве в виде тонких белковых ворсинок. Эндоспоры и спорообразование. Спорообразование- способ сохранения определенных видов бактерий в неблагоприятных условиях среды. Эндоспоры образуются в цитоплазме, представляют собой клетки с низкой метаболической активностью и высокой устойчивостью (резистентностью) к высушиванию, действию химических факторов, высокой температуры и других неблагоплиятных факторов окружающей среды. При световой микроскопии часто используют метод выявления спор по Ожешко. Высокая резистентность связана с большим содержанием кальциевой соли дипиколиновой кислоты в оболочке спор. Расположение и размеры спор у различных микроорганизмов отличается, что имеет дифференциально- диагностическое (таксономическое) значение. Основные фазы “жизненного цикла” спор- споруляция (включает подготовительную стадию, стадию предспоры, образования оболочки, созревания и покоя) и прорастание, заканчивающееся образованием вегетативной формы. Процесс спорообразования генетически обусловлен. Некультивируемые формы бактерий. У многих видов грамотрицательных бактерий, не образующих спор, существует особое приспособительное состояние- некультивируемые формы. Они обладают низкой метаболической активностью и активно не размножаются, т.е. не образуют колоний на плотных питательных средах, при посевах не выявляются. Обладают высокой устойчивостью и могут сохранять жизнеспособность в течение нескольких лет. Не выявляются классическими бактериологическими методами, обнаруживаются только при помощи генетических методов ( полимеразной цепной реакции- ПЦР). Вопросы: Принципы классификации микроорганизмов на бактерии, грибы, простейшие, вирусы. Классификация микроорганизмов по степени их биологической опасности. Номенклатура микробиологических лабораторий, их структура и оснащение базовой лаборатории. Лекция 3.Основы морфологии вирусов, простейших и грибов. Морфология вирусов Вирусы относятся к царству Vira. Это мельчайшие микроорганизмы, не имеющие клеточного строения, белоксинтезирующей системы, содержащие только один тип нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК). Они отличаются особым разобщенным (дисъюнктивным) способом размножения (репродукции): в клетке отдельно синтезируются нуклеиновые кислоты вирусов и их белки и затем происходит их сборка в вирусные частицы. Вирусы, являясь облигатными внутриклеточными паразитами, размножаются в цитоплазме или ядре клетки. Сформированная вирусная частица называется вирионом. Морфологию и структуру вирусов изучают с помощью электронного микроскопа, так как их размеры малы и сравнимы с толщиной оболочки бактерий. Форма вирионов может быть различной: палочковидной (вирус табачной мозаики), пулевидной (вирус бешенства), сферической (вирусы полиомиелита, ВИЧ), в виде сперматозоида (многие бактериофаги). Размеры вирусов определяют с помощью электронной микроскопии, методом ультрафильтрации через фильтры с известным диаметром пор, методом ультрацентрифугирования. Одними из самых мелких вирусов являются вирусы полиомиелита и ящура (около 20 нм), цирковирусы (16 нм), наиболее крупным - вирус натуральной оспы (около 350 нм). Вирусы имеют уникальный геном, так как содержат либо ДНК, либо РНК. Поэтому различают ДНК-содержащие и РНК-содержащие вирусы. Они обычно гаплоидны, то есть имеют один набор генов. Геном вирусов представлен различными видами нуклеиновых кислот: двунитчатыми, однонитчатыми, линейными, кольцевыми, фрагментированными. Среди РНК-содержащих вирусов различают вирусы с положительным (плюс-нить РНК) геномом. Плюс-нить РНК этих вирусов выполняет наследственную функцию и функцию информационной РНК (иРНК). Имеются также РНК-содержащие вирусы с отрицательным (минус-нить РНК) геномом. Минус-нить РНК этих вирусов выполняет только наследственную функцию. Геном вирусов способен включаться в состав генетического аппарата клетки в виде провируса, проявляя себя генетическим паразитом клетки. Нуклеиновые кислоты некоторых вирусов (вирусы герпеса и др.) могут находиться в цитоплазме инфицированных клеток, напоминая плазми ды. Различают просто устроенные (например, вирус полиомиелита) и сложно устроенные (например, вирусы гриппа, кори) вирусы. У просто устроенных вирусов нуклеиновая кислота связана с белковой оболочкой, называемой капсидом (от лат. capsa - футляр). Капсид состоит из повторяющихся морфологических субъединиц - капсомеров. Нуклеиновая кислота и капсид, взаимодействуя друг с другом, образуют нуклеокапсид. У сложно устроенных вирусов капсид окружен суперкапсидом дополнительной (производное липопротеидной мембранных структур оболочкой - клетки-хозяина), имеющим «шипы». Капсид и суперкапсид защищают вирионы от влияния окружающей среды, обусловливают избирательное взаимодействие (адсорбцию) с клетками, определяют антигенные и иммуногенные свойства вирионов. Внутренние структуры вирусов называют сердцевиной. Для вирионов характерен спиральный, кубический и сложный типы симметрии капсида. Спиральный тип симметрии обусловлен винтообразной структурой нуклеокапсида, кубический - образованием изометрического полого тела из капсида, содержащего вирусную нуклеиновую кислоту. Кроме обычных вирусов, известны и так называемые неканонические вирусы прионы - белковые инфекционные частицы, имеющие вид фибрилл размером 10-20 х 100 - 200 нм. Прионы, по-видимому, являются одновременно индукторами и продуктами автономного гена человека или животного и вызывают у них энцефалопатии в условиях медленной вирусной инфекции (болезни Крейтцфельдта - Якоба, куру и др.). Другими необычными агентами, близкими к вирусам, являются вироиды - небольшие молекулы кольцевой, суперспирализованной РНК, не содержащие белка, вызывающие заболевания у растений. Морфологическая характеристика грибов. Грибы и простейшие имеют четко ограниченное ядро и относятся к эукариотам. Грибы крупнее бактерий, в эволюционном плане близки к растениям (наличие клеточной стенки, содержащей хитин или целлюлозу, вакуолей с клеточным соком, неспособность к перемещению, видимое движение цитоплазмы). Ядерный материал грибов отделен от цитоплазмы ядерной мембраной. Дрожжевые грибы образуют отдельные овальные клетки. Плесневые грибы формируют клеточные нитеподобные структурыгифы. Мицелий- переплетение гифов- основная морфологическая структура. У низших грибов мицелий одноклеточный, не имеет внутренних перегородок (септ). Грибы размножаются половым и бесполым (вегетативным) способом. При вегетативном размножении образуются специализированные репродуктивные структуры- споры- конидии. Они могут располагаться в специализированных вместилищах- спорангиях (эндоспоры) или отшнуровываться от плодоносящих гиф (экзоспоры). Реже наблюдают образование спор внутри клеток (оидии), являющихся сегментами гиф. Дрожжевые клетки размножаются почкованием, мицелий не образуют. Половое размножение включает взаимодействие специализированных клеток, имеющих существенные различия в морфологии у различных грибов и часто используемых как дифференциально- диагностический признак. Для большинства видов грибов, имеющих медицинское значение, характерно наличие конидий (или экзоспор), являющихся формами неполового размножения. Их классификация во многом основывается на морфологических формах конидий. Их наиболее частые формы- бластопоры, хламидоспоры, артроспоры, конидиоспоры. Бластоспоры- простые структуры, котрые образуются в результате почкования, с последующим отделением почки от родительской клетки, например у дрожжевых грибов. Хламидоспоры образуются в результате увеличения гифальных клеток с образованием толстой оболочки, защищающей споры от неблагоприятных условий окружающей среды. Артроспоры- споры, образующиеся путем фрагментации гиф на отдельные клетки. Они встречаются у дрожжеподобных грибов, возбудителя кокцидиоидоза, тканевых форм дерматофитов в волосе, кожных чешуйках и в ногтях. Конидиоспоры- зрелые наружные споры, возникающие на дифференцированных конидиофорах (конидионосцах), отличающихся от других нитей мицелия по форме и размерам (у аспергилл, пеницилл) или располагающиеся по бокам и на концах любой ветви мицелия, прикрепляясь к ней непосредственно или тонкой ножкой. К эндоспорам совершенных грибов относятся спорангиоспоры мукоровых грибов, развивающихся в специальных органах (спорангиях), располагающихся на вершине спорангиеносца. Споры освобождаются при разрыве стенки спорангия. Эндоспоры обнаруживают также у тканевых форм возбудителей кокцидиоидоза. Они развиваются в круглых образованиях - сферулах, при разрыве стенки зрелой сферулы попадают во внешнюю среду. Основное функциональное отличие спор у бактерий и грибов: у бактерий споры обеспечивают переживание в неблагоприятных условиях окружающей среды, у грибов образование спор- способ размножения. Морфологическая характеристика актиномицетов (лучистых грибов по старым классификациям). Актиномицеты - формы бактерий, имеющие истинный, не имеющий перегородок мицелий. Мицелиальный (в виде ветвящихся нитей) рост этих грамположительных бактерий придает им внешнее сходство с грибами. Это сходство усиливается вследствие наличия у высших форм актиномицетов наружных неполовых спор, которые называются конидиями. В отличие от грибов, актиномицеты имеют прокариотическое строение клетки, не содержат в клеточной стенке хитина или целлюлозы, размножаются только бесполым путем. У низших актиномицетов мицелий фрагментируется на типичные одноклеточные бактерии. Мицелий актиномицетов подразделяют на субстратный (в субстрате) и воздушный. К мицелиальным бактериям относят микобактерии, рода накардий и актиномицетов, несколько родов высших актиномицет. Представители рода Mycobacterium, в который входят возбудители туберкулеза, являются кислотоустойчивыми микроорганизмами, плохо воспринимающими краски. Их высокая резистентность во внешней среде , кислотоустойчивость и ряд других свойств связан с особым составом клеточной стенки, большим содержанием липидов и воска. У представителей родов Actinomyces и Nocardia мицелий выражен в значительно большей степени, чем у микобактерий, однако в старых культурах они также проявляют тенденцию фрагментироваться на отдельные клетки неправильной формы. Микроорганизмы рода Actinomyces являются анаэробами, Nocardia - аэробами, многие из которых проявляют кислотоустойчивость. Микроорганизмы, Streptomyces, относящиеся Micromonospora) к высшим образуют актиномицетам мицелий и (рода размножаются наружными неполовыми спорами или конидиями. Обычным местом обитания для большинства из них является почва. Однако ряд видов актиномицет и нокардий могут инфицировать раны и вызывать образование абсцессов. Для актиномицетов характерно образование друз - плотных “зерен” в гное, представляющих собой беспорядочно переплетенные в центре нити мицелия с радиально отходящими на периферию колбовидно расширенными на концах “дубинками”. С некоторыми актиномицетами (например, стрептомицетами) связана способность выработки антибиотиков. Морфологическая характеристика простейших. Имеют эукариотическое строение клетки и значительно более сложную функциональную и морфологическую организацию по сравнению с бактериями и грибами. Снаружи тело простейших покрывает эластичная и ригидная пелликула, образованная внешним слоем цитоплазмы. У некоторых видов клеточная мембрана может включать опорные фибриллы и даже минеральный скелет. Простейшие могут иметь несколько ядер. Многие простейшие способны активно двигаться за счет псевдоподий, жгутиков или ресничек. Жизненный цикл паразитических простейших нередко включает образование промежуточных форм в различных хозяевах. Основные классы простейших: саркодовые или амебы- наиболее просто устроенные простейшие, споровики (малярийные плазмодии, токсоплазмы, пневмоцисты, бабезии), жгутиконосцы (трихомонады, лейшмании), инфузории. Простейшие очень широко распространены, достаточно сказать, что малярийными плазмодиями и токсоплазмами в сумме поражено до трети населения земного шара. Всего известно около 7 тысяч видов простейших, патогенных для различных растений, животных, человека, непатогенных- во много раз больше. Простейших изучает наука протозоология. Вопросы: Особенности классификации вирусов, простейших и грибов. Морфология вирусов, простейших и грибов. Лекция 4.Физиология и биохимия микроорганизмов Физиология микроорганизмов изучает жизнедеятельность микробных клеток, процессы их питания, дыхания, роста, размножения, закономерности взаимодействия с окружающей средой. Химический состав прокариотной клетки Клетки прокариот содержат воду, белки, нуклеиновые кислоты, углеводы, липиды, минеральные вещества . Вода — основной компонент бактериальной клетки, составляющий около 70 - 90 % ее массы. Она находится в свободном или связанном состоянии со структурными элементами клетки. В спорах количество воды уменьшается до 18 - 20 %. Вода является растворителем для многих веществ, а также выполняет механическую роль в обеспечении тургора. При плазмолизе - потере клеткой воды в гипертоническом растворе - происходит отслоение протоплазмы от клеточной оболочки. Удаление воды из клетки, высушивание приостанавливают процессы метаболизма. Большинство микроорганизмов хорошо переносят высушивание. При недостатке воды они не размножаются. Высушивание в вакууме из замороженного состояния (лиофилизация) прекращает размножение и способствует длительному сохранению микробных особей. Остальные компоненты составляют 10 - 30 % сухой массы клетки. Белки определяют важнейшие биологические свойства бактерий и состоят обычно из сочетаний 20 аминокислот. В состав бактерий входит диаминопимелиновая кислота (ДАП), отсутствующая в клетках человека и животных. Бактерии содержат более 2000 различных белков, находящихся в структурных компонентах и участвующих в процессах метаболизма. Большая часть белков обладает ферментативной активностью. Белки бактериальной клетки обусловливают антигенность и иммуногенность, вирулентность, видовую принадлежность бактерий. 59 Нуклеиновые кислоты бактерий выполняют функции, аналогичные функциям нуклеиновых кислот эукариотических клеток: молекула ДНК в виде хромосомы отвечает за наследственность, рибонуклеиновые кислоты (информационная, или матричная, транспортная и рибосомная) участвуют в биосинтезе белка. Бактерии можно характеризовать (таксономически) по содержанию суммы гуанина и цитозина (ГЦ) в молярных процентах (мол. %) от общего количества оснований ДНК. Более точной характеристикой микроорганизмов является гибридизация их ДНК. Основа метода гибридизации ДНК способность денатурированной (однонитчатой) ДНК ренатурироваться, то есть соединяться с комплементарной нитью ДНК и образовывать двухцепочечную молекулу ДНК. Углеводы бактерий представлены простыми веществами (моно- и дисахариды) и комплексными соединениями. Полисахариды часто входят в состав капсул. Некоторые внутриклеточные полисахариды (крахмал, гликоген и др.) являются запасными питательными веществами. Липиды в основном входят в состав цитоплазматической мембраны и ее производных, а также клеточной стенки бактерий, например наружной мембраны, где, кроме бимолекулярного слоя липидов, имеется ЛПС. Липиды могут выполнять в цитоплазме роль запасных питательных веществ. Липиды бактерий представлены фосфолипидами, жирными кислотами и глицеридами. Наибольшее количество липидов (до 40 %) содержат микобактерии туберкулеза. Минеральные вещества бактерий обнаруживают в золе после сжигания клеток. В большом количестве выявляются фосфор, калий, натрий, сера, железо, кальций, магний, а также микроэлементы (цинк, медь, кобальт, барий, марганец и др.). Они участвуют в регуляции осмотического давления, рН среды, окислительно-восстановительного потенциала, активируют ферменты, входят в состав ферментов, витаминов и структурных компонентов микробной клетки. Питание бактерий (конструктивный метаболизм прокариот). Образ жизни прокариот состоит в постоянном воспроизведении своей биомассы. Совокупность протекающих в клетке процессов, обеспечивающих воспроизводство биомассы, называется обменом веществ, или метаболизмом. Клеточный метаболизм складывается из двух потоков реакций, имеющих разную направленность: энергетического и конструктивного метаболизмов. КОНСТРУКТИВНЫЙ МЕТАБОЛИЗМ Конструктивный метаболизм (биосинтез, анаболизм) - цепь последовательных реакций, в результате которых за счет поступающих извне веществ строится вещество клеток; это процесс, связанный с потреблением свободной энергии, запасенной в химической форме в молекулах АТФ или других богатых энергией соединениях. Метаболические пути конструктивной и энергетической направленности состоят из множества последовательных ферментативных реакций и могут быть разделены на три этапа: 1) На начальном этапе воздействию подвергаются молекулы, служащие исходными субстратами. Иногда эту часть метаболического пути называют периферическим метаболизмом, а ферменты, катализирующие первые этапы превращения субстрата, - периферическими; 2) Последующие превращения включают ряд ферментативных реак ций и приводят к образованию промежуточных продуктов, или метаболи тов, а сама цепь превращений объединяется под названием промежуточно го метаболизма; 3) На последних этапах образуются конечные продукты конструк тивных путей, которые используются для построения вещества клеток, а конечные продукты энергетических путей выделяются в окружающую среду. Конструктивные и энергетические процессы протекают в клетке одновременно. У большинства прокариот они тесно связаны между собой. Однако у некоторых прокариотных организмов можно выделить последовательности реакций, служащих только для получения энергии или только для биосинтеза. Связь между конструктивными и энергетическими процессами прокариот осуществляется по нескольким каналам. Основной из них - энергетический. Определенные реакции поставляют энергию, необходимую для биосинтезов и других клеточных энергозависимых функций. Биосинтетические реакции, кроме энергии, нуждаются часто в поступлении извне восстановителя в виде водорода (электронов), источником которого служат также реакции энергетического метаболизма. И наконец, тесная связь между энергетическими и конструктивными процессами проявляется в том, что определенные промежуточные этапы и метаболиты обоих путей могут быть одинаковыми (хотя направленность потоков реакций, относящихся к каждому из путей, различна). Это создаѐт возможности для использования общих промежуточных продуктов в каждом из метаболических путей. Промежуточные соединения такой природы предложено называть амфиболитами, а промежуточные реакции, одинаковые для обоих потоков, - амфиболическими. Метаболизм прокариот отличается чрезвычайным разнообразием, которое есть результат способности этих форм жизни использовать в качестве источников энергии и исходных субстратов для построения веществ тела самый широкий набор органических и неорганических соединений. Такая способность обусловлена различиями в наборе клеточных периферических ферментов, воздействующих на исходные субстраты и видоизменяющих их молекулы в направлении, позволяющем им далее метаболизироваться по каналам промежуточного метаболизма. Промежуточный метаболизм прокариот не отличается существенным разнообразием от пери ферического метаболизма эукариот, хотя по сравнению с ним состоит из большего числа вариантов. Мономеры, необходимые для построения основных клеточных компонентов, могут быть синтезированы клеткой или поступать в готовом виде из среды. Чем больше готовых соединений должен получать организм извне, тем ниже уровень его биосинтетических способностей, так как химическая организация всех свободноживущих форм одинакова. ПИТАНИЕ БАКТЕРИЙ Особенности питания бактериальной клетки состоят в поступлении питательных субстратов внутрь через всю ее поверхность, а также в высокой скорости процессов метаболизма и адаптации к меняющимся условиям окружающей среды. Широкому распространению бактерий способствует разнообразие типов питания. Микроорганизмы нуждаются в углероде, азоте, сере, фосфоре, калии и других элементах. Источники углерода. В конструктивном метаболизме основная роль принадлежит углероду, поскольку все соединения, из которых построены живые организмы, - это соединения углерода. Их известно около миллиона. Прокариоты способны воздействовать на любое известное углеродное соединение, то есть использовать его в своем метаболизме. В зависимости от источника углерода для конструктивного метаболизма все прокариоты делятся на две группы: автотрофы, к которым принадлежат организмы, способные синтезировать все компоненты клетки из углекислоты (аутотрофными бактериями являются нитрифицирующие бактерии, находящиеся в почве; серобактерии, обитающие в воде с сероводородом; железобактерии, живущие в воде с закисным железом, и др.) и гетеротрофы, для которых источником углерода служат органические соединения. Понятия «авто-» и «гетеротрофия» характеризуют, таким образом, тип конструктивного метаболизма. Если автотрофия - довольно четкое и узкое понятие, то гетеротрофия - понятие весьма широкое и объединяет организмы, резко различающиеся своими потребностями в питательных веществах. Наибольшая степень гетеротрофности присуща прокариотам, относящимся к облигатным внутриклеточным паразитам (от греч. parasitos нахлебник), то есть организмам, которые могут жить только внутри других живых клеток, например, риккетсии, вирусы и некоторые простейшие. Они являются патогенными для растений, животных и человека. Паразитический образ жизни привел к редукции некоторых метаболических путей у этих прокариот, что и обусловило полную их зависимость от метаболизма клетки хозяина. Факультативными паразитами (или условнопатогенными) называют формы прокариот, способные расти при создании подходящих условий вне клетки хозяина. Следующую крупную группу прокариот составляют гетеротрофы, утилизирующие органические остатки отмерших организмов в окружающей среде, их называют сапрофитами. Термин «сапрофиты» происходит от греческих слов sapros - гнилой и phyton - растение. Сапрофиты используют продукты жизнедеятельности других организмов или разлагающиеся растительные и животные ткани. К сапрофитам относится большая часть бактерий. Степень требовательности к субстрату у сапрофитов весьма различна. В эту группу входят организмы, которые могут расти только на достаточно сложных субстратах (молоко, трупы животных, гниющие растительные остатки), то есть им нужны в качестве обязательных элементов питания углеводы, органические формы азота в виде набора аминокислот, пептидов, белков, все или часть витаминов, нуклеотиды или готовые компоненты, необходимые для синтеза последних (азотистые основания, пятиуглеродные сахара). Чтобы удовлетворить потребность этих гетеротрофов в элементах питания, их обычно культивируют на средах, содержащих мясные гидролизаты, автолизаты дрожжей, растительные экстракты, молочную сыворотку. Есть прокариоты, требующие для роста весьма ограниченное число готовых органических соединений в основном из числа витаминов и аминокислот, которые они не в состоянии синтезировать сами, и, наконец, гетеротрофы, нуждающиеся только в одном органическом источнике углерода. Им может быть какой- либо сахар, спирт, кислота или другое углеродсодержащее соединение. Так, бактерии из рода Pseudomonas способны использовать в качестве единственного источника углерода и энергии любое из 200 различных органических соединений, и есть бактерии, для которых таким источником может служить узкий круг довольно экзотических органических веществ. Например, Bacillus fastidiosus может использовать только мочевую кислоту и продукты ее деградации, а некоторые представители рода Clostridium растут только в среде, содержащей пури ны. Использовать другие органические субстраты для роста они не могут. Биосинтетические способности этих организмов развиты в такой степени, что они сами могут синтезировать все необходимые им углеродные соединения. Особую группу гетеротрофных прокариот, обитающих в водоемах, составляют олиготрофные бактерии, способные расти при низких концентрациях в среде органических веществ. Организмы, предпочитающие высокие концентрации питательных веществ, относят к копиотрофам. Термины происходят от греческих слов oligos малый, сорiosus - изобилие и trорhе - пища Если у типичных копиотрофов оптимальные условия для роста создаются при содержании в среде питательных веществ в количестве примерно 10 г/л, то для олиготрофных организмов - в пределах 1 - 15 мг углерода/л. В средах с более высоким содержанием органических веществ такие бактерии, как правило, расти не могут и погибают. Различия между гетеротрофными прокариотами с высокими потребностями в готовых органических соединениях и теми, потребности которых минимальны и сводятся, как правило, к одному какому-нибудь органическому источнику углерода, заключаются, таким образом, в степени развития их биосинтетических способностей. Крайняя степень развития биосинтетических способностей - возможность строить все клеточные компоненты из углекислоты - присуща группе автотрофных прокариот. Как можно видеть из изложенного выше, в мире прокариот не существует резкой границы между авто- и гетеротрофными организмами, так же как нет ее в ряду одноуглеродных соединений (СО2, СО, НСООН, НСНО, СН3ОН, СН4), каждое из которых может служить источником углерода для определенной группы прокариот. Однако использование термина «автотрофия» удобно для обозначения конкретного типа конструктивного метаболизма, поскольку в процессе эволюции он оказался специфически связанным с определенными видами энергетических процессов, что привело к появлению у прокариот таких типов жизни, которые отсутствуют у более высокоорганизованных форм. В зависимости от окисляемого субстрата, называемого донором электронов или водорода, микроорганизмы делятся на две группы: литотрофы (от греч. lithos - камень), использующие в качестве доноров водорода неорганические соединения, и органотрофы, использующие органические соединения. Потребности в источниках серы и фосфора. Сера входит в состав аминокислот (цистеин, метионин), витаминов и кофакторов (биотин, липоевая кислота, кофермент А и др.), а фосфор необходимый компонент нуклеиновых кислот, фосфолипидов, коферментов. В природе сера находится в форме неорганических солей, главным образом сульфатов, в виде молекулярной (элементной) серы или входит в состав органических соединений. Большинство прокариот для биосинтетических целей потребляют серу в форме сульфата, который при этом восстанавливается до уровня сульфида. Однако некоторые группы прокариот не способны к восстановлению сульфата и нуждаются в восстановленных соединениях серы. Основной формой фосфора в природе являются фосфаты, которые и удовлетворяют потребности прокариот в этом элементе. Необходимость в ионах металлов. Всем прокариотным организмам необходимы металлы, которые могут использоваться в форме катионов неорганических солей. Некоторые из них (магний, кальций, калий, железо) нужны в достаточно высоких концентрациях, потребность в других (цинк, марганец, натрий, молибден, медь, ванадий, никель, кобальт) невелика. Роль перечисленных выше металлов определяется тем, что они входят в состав основных клеточных метаболитов и, таким образом, участвуют в осуществлении жизненно важных функций организма. Потребность в факторах роста. Некоторые прокариоты обнаруживают потребность в одном каком-либо органическом соединении из группы витаминов, аминокислот или азотистых оснований, которое они по каким-то причинам не могут синтезировать из используемого источника углерода. Такие органические соединения, необходимые в очень небольших количествах, получили название факторов роста. Факторы роста - это необходимые для микроорганизмов соединения, которые они сами синтезировать не могут, поэтому их необходимо добавлять в питательные среды. Организмы, которым в дополнение к основному источнику углерода необходим один или больше факторов роста, которые они не могут сами синтезировать, называют ауксотрофами (цв. вклейка, рис. IV, V, VI). Прототрофы способны сами синтезировать необходимые для роста соединения, например из глюкозы и солей аммония. МЕХАНИЗМЫ ПИТАНИЯ Поступление различных веществ в бактериальную клетку зависит от величины и растворимости их молекул в липидах или воде, рН среды, концентрации веществ, различных факторов проницаемости мембран и др. Клеточная стенка пропускает небольшие молекулы и ионы, задерживая макромолекулы массой более 600 Да. Основным регулятором поступления веществ в клетку является цитоплазматическая мембрана. Условно можно выделить четыре механизма проникновения питательных веществ в бактериальную клетку: простая диффузия, облегченная диффузия, активный транспорт, транслокация групп. Наиболее простой механизм поступления веществ в клетку - простая диффузия, при которой перемещение веществ происходит вследствие разницы их концентрации по обе стороны цитоплазматической мембраны. Вещества проходят через липидную часть цитоплазматической мембраны (органические молекулы, лекарственные препараты) и реже по заполненным водой каналам в цитоплазматической мембране. Пассивная Облегченная диффузия диффузия осуществляется происходит без также в затраты энергии. результате разницы концентрации веществ по обе стороны цитоплазматической мембраны. Однако этот процесс осуществляется с помощью молекул-переносчиков, локализующихся в цитоплазматической мембране и обладающих специфичностью. Каждый переносчик транспортирует через мембрану соответствующее вещество цитоплазматической переносчиками или мембраны могут быть - передает другому собственно пермеазы, компоненту переносчику. место синтеза Белками- которых - цитоплазматическая мембрана. Облегченная диффузия протекает без затраты энергии, вещества перемещаются из области с более высокой концентрацией в область с более низкой. Активный транспорт происходит с помощью пермеаз и направлен на перенос веществ меньшей концентрации в сторону большей, то есть как бы против течения, поэтому данный метаболической энергии процесс (АТФ), сопровождается образующейся в затратой результате окислительновосстановительных реакций в клетке. Перенос (транслокация) групп сходен с активным транспортом, но отличается тем, что переносимая молекула видоизменяется в процессе переноса, например фосфорилируется. Выход веществ из клетки осуществляется за счет диффузии и при участии транспортных систем. Дыхание прокариот (энергетический метаболизм) Энергетический метаболизм (катаболизм) - это поток реакций, сопровождающихся мобилизацией энергии и преобразованием ее в электрохимическую (А(Хн+) или химическую (АТФ) форму, которая затем может быть использована во всех энергозависимых процессах. Существуют группы прокариот, энергетический метаболизм которых не связан с превращениями органических соединений (прокариоты с фотолито- и хемолитотрофным типом энергетического обмена). По отношению к такого рода энергетическим процессам термин «катаболизм» неприменим. У них функционирует только один поток превращений органических соединений углерода - анаболический. Энергетические процессы прокариот по своему объему (масштабности) значительно превосходят процессы биосинтетические, а их протекание приводит к существенным изменениям в окружающей среде. Разнообразны и необычны в этом отношении возможности прокариот, способы их энергетического существования. Все это вместе взятое сосредоточило внимание исследователей в первую очередь на изучении энергетического метаболизма прокариот. Дыхание бактерий. Дыхание, или биологическое окисление, основано на окислительновосстановительных реакциях, идущих с образованием АТФ-универсального аккумулятора химической энергии. Энергия необходима микробной клетке для ее жизнедеятельности. При дыхании происходят процессы окисления и восстановления: окисление - отдача донорами (молекулами или атомами) водорода или электронов; восстановление - присоединение водорода или электронов к акцептору. Акцептором водорода или электронов может быть молекулярный кислород (такое дыхание называется аэробным) или нитрат, сульфат, фумарат (такое дыхание называется анаэробным - нитратным, сульфатным, фумаратным). Анаэробиоз (от греч. aer - воздух, bios - жизнь) - жизнедеятельность, протекающая при отсутствии свободного кислорода. Если донорами и акцепторами водорода являются органические соединения, то такой процесс называется брожением. При брожении происходит ферментативное расщепление органических соединений, преимущественно углеводов, в анаэробных условиях. С учетом конечного продукта расщепления углеводов различают спиртовое, молочнокислое, уксусное и другие виды брожения. По отношению к молекулярному кислороду бактерии можно разделить на три основные группы: облигатные, то есть обязательные, аэробы, облигатные анаэробы и факультативные анаэробы. Облигатные аэробы - это прокариоты, для роста которых кислород необходим. К ним относится большинство прокариотных организмов. Облигатные анаэробы (клостридии ботулизма, газовой гангрены, столбняка, бактероиды и др.) растут только на среде без кислорода, который для них токсичен. При наличии кислорода бактерии образуют перекисные радикалы кислорода, в том числе перекись водорода и супероксиданион кислорода, токсичные для облигатных анаэробных бактерий, поскольку они не образуют соответствующие инактивирующие ферменты. Аэробные бактерии инактивируют перекись водорода и супероксид-анион кислорода соответствующими ферментами (каталазой, пероксидазой и супероксиддисмутазой). Факультативные анаэробы могут расти как при наличии, так и при отсутствии кислорода, поскольку они способны переключаться с дыхания в присутствии молекулярного кислорода на брожение в его отсутствие. Они способны осуществлять анаэробное дыхание, называемое нитратным: нитрат, являющийся акцептором водорода, восстанавливается до молекулярного азота и аммиака. Среди облигатных анаэробов различают аэротолерантные бактерии, которые сохраняются при наличии молекулярного кислорода, но не используют его. Для выращивания анаэробов в бактериологических лабораториях применяют анаэростаты специальные емкости, в которых воздух заменяется смесью газов, не содержащих кислорода. Воздух можно удалять из питательных сред путем кипячения, с помощью химических адсорбентов кислорода, помещаемых в анаэростаты или другие емкости с посевами. Размножение вирусов ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ВИРУСА С КЛЕТКОЙ Известны три типа взаимодействия вируса с клеткой: 1) продуктивный тип, завершающийся образованием вирусного по томства; 2) абортивный тип, не завершающийся образованием новых вирус ных частиц, поскольку инфекционный процесс прерывается на одном из этапов; 3) интегративный тип, или вирогения, характеризующийся встраи ванием вирусной ДНК в хромосому клетки-хозяина. Продуктивный тип взаимодействия (репродукция вирусов). Репродукция вирусов (от англ. reproduce - воспроизводить) осуществляется в несколько стадий, последовательно сменяющих друг друга: - адсорбция вируса на клетке; - проникновение вируса в клетку; - «раздевание» вируса; биосинтез вирусных компонентов в клетке; - формирование вирусов; - выход вирусов из клетки. Адсорбция. Взаимодействие вируса с клеткой начинается с процесса адсорбции, то есть прикрепления вирусов к поверхности клетки. Это высокоспецифический процесс. Вирус адсорбируется на определенных участках клеточной мембраны - так называемых рецепторах. Клеточные рецепторы могут иметь разную химическую природу, представляя собой белки, углеводные компоненты белков и липидов, липиды. Количество специфических рецепторов на поверхности одной клетки колеблется от 104 до 105 . Следовательно, на клетке могут адсорбироваться десятки и даже сотни вирусных частиц. Поверхностные структуры вируса, «узнающие» специфические клеточные рецепторы и взаимодействующие с ними, называются прикрепительными белками. Обычно эту функцию выполняет один из поверхностных белков капсида или суперкапсида. Соответствие (комплементарность) клеточных рецепторов вирусным прикрепительным белкам имеет значение для возникновения инфекционного процесса в клетке. Способность вирусов избирательно поражать определенные клетки органов и тканей организма называют тропизмом вирусов (от греч. tropos направление). ПРОНИКНОВЕНИЕ ВИРУСА В КЛЕТКУ. Существует два способа проникновения вирусов животных в клетку: виропексис и слияние вирусной оболочки с клеточной мембраной. При виропексисе после адсорбции вирусов происходят инвагинация (впячивание) участка клеточной мембраны и образование внутриклеточной вакуоли, которая содержит вирусную частицу. Вакуоль с вирусом может транспортироваться в любом направлении в разные участки цитоплазмы или ядро клетки. Процесс слияния осуществляется одним из поверхностных вирусных белков капсидной или суперкапсидной оболочки. По-видимому, оба механизма проникновения вируса в клетку не исключают, а дополняют друг друга. «Раздевание» вируса. Процесс «раздевания» заключается в удалении защитных вирусных оболочек и освобождении внутреннего компонента вируса, способного вызвать инфекционный процесс. «Раздевание» вирусов происходит постепенно, в несколько этапов, в определенных участках цитоплазмы или ядра клетки, для чего клетка использует набор специальных ферментов. В случае проникновения вируса путем слияния вирусной оболочки с клеточной мембраной процесс проникновения вируса в клетку сочетается с первым этапом его «раздевания». Конечными продуктами «раздевания» являются нуклеокапсид или нуклеиновая кислота вируса. Формирование (сборка) вирусов. Синтезированные вирусные нуклеиновые кислоты и белки обладают способностью специфически «узнавать» друг друга и при достаточной их концентрации самопроизвольно соединяются в результате гидрофобных, солевых и водородных связей. Существуют следующие общие принципы сборки вирусов, имеющих разную структуру: - формирование вирусов является многоступенчатым процессом с образованием промежуточных форм; - сборка просто устроенных вирусов заключается во взаимодейст вии молекул вирусных нуклеиновых кислот с капсидными белками и обра зовании нуклеокапсидов (например, вирусы полиомиелита). У сложно уст роенных вирусов сначала формируются нуклеокапсиды, с которыми взаи модействуют белки суперкапсидных оболочек (например, вирусы гриппа); - формирование вирусов происходит не во внутриклеточной жидко сти, а на ядерных или цитоплазматических мембранах клетки; - сложно организованные вирусы в процессе формирования вклю чают в свой состав компоненты клетки-хозяина (липиды, углеводы). Выход вирусов из клетки. Различают два основных типа выхода вирусного потомства из клетки. Первый тип - взрывной характеризуется одновременным выходом большого количества вирусов. При этом клетка быстро погибает. Такой способ выхода характерен для вирусов, не имею щих суперкапсидной оболочки. Второй тип - почкование. Он присущ вирусам, имеющим суперкапсидную оболочку. На заключительном этапе сборки нуклеокапсиды сложно устроенных вирусов фиксируются на клеточной плазматической мембране, модифицированной вирусными белками, и постепенно выпячивают ее. В результате выпячивания образуется «почка», содержащая нуклеокапсид. Затем «почка» отделяется от клетки. Таким образом, внешняя оболочка этих вирусов формируется в процессе их выхода из клетки. При таком механизме клетка может продолжительное время продуцировать вирус, сохраняя в той или иной мере свои основные функции. Время, необходимое для осуществления полного цикла репродукции вирусов, варьирует от 5 - 6 ч (вирусы гриппа, натуральной оспы и др.) до нескольких суток (вирусы кори, аденовирусы и др.). Образовавшиеся вирусы способны инициировать новые клетки и проходить в них указанный выше цикл репродукции. Вопросы: Химический состав бактериальной клетки. Ферменты бактерий. Питание, дыхание, рост и размножение бактерий. Питательные среды, их назначение, применение. Первичный посев и пересев. Условия культивирования бактерий. Термостат, правила эксплуатации. Выделение чистой культуры бактерий. Культуральные и биохимические свойства бактерий, их значение для дифференциации бактерий. Особенности культивирования риккетсий и хламидий. Культивирование анаэробов. Лекция 5. Микробы и внешняя среда. Действие факторов внешней среды на микроорганизмы. Микрофлора воздуха Микрофлора воздуха взаимосвязана с микрофлорой почвы и воды. В воздух также попадают микроорганизмы из дыхательных путей и с каплями слюны человека и животных. Солнечные лучи и другие факторы способствуют гибели микрофлоры воздуха. Большее количество микроорганизмов присутствует в воздухе крупных городов, меньшее – в воздухе сельской местности. Особенно мало микроорганизмов в воздухе над лесами, горами и морями. В воздухе обнаруживаются кокковидные и палочковидные бактерии, бациллы и клостридии, актиномицеты, грибы и вирусы. Много микроорганизмов содержится в воздухе закрытых помещений, микробная обсемененность которых зависит от степени уборки помещения, уровня освещенности, количества людей в помещении, частоты проветривания и др. Количество микроорганизмов в 1 м3 воздуха (так называемое микробное число, или обсемененность воздуха) отражает санитарно-гигиеническое состояние воздуха, особенно в больничных и детских учреждениях. Косвенно о выделении патогенных микроорганизмов (возбудителей туберкулеза, дифтерии, коклюша, скарлатины, кори, гриппа и др.)при разговоре, кашле, чиханье больных и носителей можно судить по наличию санитарнопоказательных бактерий (золотистого стафилококка и стрептококков), так как последние являются представителями микрофлоры верхних дыхательных путей и имеют общий путь выделения с патогенными микроорганизмами, передающимися воздушно-капельным путем. С целью снижения микробной обсемененности воздуха проводят влажную уборку помещения в сочетании с вентиляцией и очисткой (фильтрацией) поступающего воздуха; применяют обработку помещений лампами ультрафиолетового излучения. Состав микрофлоры воздуха разнообразен и значительно изменяется в зависимости от условий.Микроорганизмы в воздухе могут находиться только временно, так как в нем отсутствует необходимая питательная среда. Загрязнение воздуха микробами происходит из почвы, от животных, людей и растений. В воздухе могут находиться споры бактерий, грибов, дрожжи, различные микрококки и др. Воздух верхних слоев атмосферы, а также горный и морской воздух содержит очень мало микроорганизмов. В населенных местах их значительно больше, особенно в летнее время. Количество микроорганизмов в санитарногигиенического жилых помещениях состояния, воздух зависит считается от их чистым при содержании в 1 м3 не более 1500 бактерий и 16 стрептококков. Наиболее загрязняется воздух в помещениях при скоплении людей и плохой работе вентиляции. Воздух может служить фактором передачи респираторных вирусных заболеваний (ОРВИ), гриппа, туберкулеза, дифтерии, стафилококковой инфекции и др. Патогенные микроорганизмы выделяются больными людьми или бактерионосителями при кашле, чихании и т. П Микрофлора воды Микрофлора воды, микроорганизмов, являясь отражает естественной микробный пейзаж средой обитания почвы, так как микроорганизмы попадают в воду с частичками почвы. Вместе с тем в воде формируются определенные биоценозы с преобладанием микроорганизмов, адаптировавшихся к условиям местонахождения, т. е. физикохимическим условиям, освещенности, степени растворимости кислорода и диоксида углерода, содержания органических и минеральных веществ и т. д. В водах пресных водоемов обнаруживаются палочковидные v '(псевдомонады, аэромонады и др.), кокковидные (микрококки) и извитые бактерии. Загрязнение воды) органическими веществами сопровождается увеличением анаэробных и аэробных бактерий, а также грибов. Особенно много анаэробов в иле, на дне водоемов. Микрофлора воды выполняет роль активного фактора в процессе самоочищения ее от органических отходов, которые утилизируются микроорганизмами. Вместе с загрязненными ливневыми, талыми и сточными водами в озера и реки попадают представители нормальной микрофлоры человека и животных (кишечная палочка, цитробактер, энтеробактер, энтерококки, клостридии) и возбудители кишечных инфекций – брюшного тифа, паратифов, дизентерии, холеры, лептоспироза, энтеровирусных инфекций и др. Поэтому вода является фактором передачи возбудителей многих инфекционных заболеваний. Некоторые возбудители могут даже размножаться в воде (холерный вибрион, легионеллы). Вода артезианских скважин практически не содержит микроорганизмов, обычно задерживающихся более верхними слоями почвы. Микрофлора воды океанов и морей также содержит различные микроорганизмы, в том числе светящиеся и галофиль-ные (солелюбивые), например галофильные вибрионы, поражающие моллюски и некоторые виды рыбы, при употреблении которых в пищу развивается пищевая токсикоинфекция. В воде количество микроорганизмов значительно выше, чем в воздухе, так как многие из них способны жить и развиваться в воде. В 1 мл (см3 ) воды поверхностных источников может находиться до миллиона микробов. В артезианской воде микробов очень мало. Поверхностные воды рек, озер, водохранилищ загрязняются сточными водами населенных пунктов, промышленных предприятий и животноводческих ферм. Микробное загрязнение воды возрастает также после обильных дождей и весеннего половодья. Проточные водоемы (реки, каналы) обладают способностью к самоочищению, количество микробов ниже места загрязнения реки может существенно не изменяться, а через некоторое время чистота воды в реке восстанавливается. Вода служит фактором передачи кишечных инфекций (дизентерии, холеры, брюшного тифа и др.), возбудители которых попадают в нее со сточными водами. Многие патогенные микроорганизмы (холерный вибрион, возбудитель туберкулеза и др.) могут сохраняться в воде до нескольких месяцев. На предприятиях питания должна использоваться вода только питьевого качества, прошедшая очистку и обезвреживание. Основным источником загрязнения водоемов являются сточные воды – бытовые (хозяйственно-фекальные) и промышленные. Сточные воды можно разделить на две большие категории: воды, содержащие нетоксичные органические вещества, и воды, содержащие токсичные органические и минеральные продукты, а также радиоактивные вещества. К сточным водам первой категории до недавнего времени относили бытовые стоки, выпускаемые в водоемы городами и поселкамии сточные воды боен, предприятий пищевой, кожевенной и целлюлозной промышленности и т.п., богатые растворенными азот- и углеродсодержащими органическими веществами. Они не представляли собой опасности для гидробионтов. В настоящее время бытовые стоки, как правило, содержат и токсичные органические соединения – поверхностноактивные вещества, являющиеся основными компонентами моющих средств. Кроме того, бытовым сточным водам присуще значительное бактериальное загрязнение патогенными микроорганизмами, попадающими в них в основном с фекалиями человека и животных и из других источников. Во вторую категорию сточных вод входят стоки различных отраслей металлургической и химической промышленности весьма разнообразные по химическому составу и оказывающие токсическое действие на живое население водоема, благодаря содержанию в них мышьяка, селена, ртути, свинца и т.п. Загрязнение водоемов бывает первичным и вторичным. Первичное загрязнение возникает в результате попадания в водоем загрязнений из внешних источников и развития аллохтонной микрофлоры, присущей источникам загрязнения, наряду с развитием собственной автохтонной микрофлоры, типичной для данного типа водоемов. Вторичное загрязнение может возникнуть в водоеме с чистой водой в результате отмирания разнообразных организмов, занесенных в него из загрязненных участков, и их последующего разложения. Вторичное загрязнение особенно усиливается, если в этих организмах аккумулированы различные токсичные вещества (пестициды, детергенты, радиоактивные соединения и др.), переходящие в воду после их гибели. 8.2. Основные источники бактериального загрязнения воды Основным источником загрязнения водоемов являются сточные воды – бытовые (хозяйственно-фекальные) и промышленные. Сточные воды можно разделить на две большие категории: воды, содержащие нетоксичные органические вещества, и воды, содержащие токсичные органические и минеральные продукты, а также радиоактивные вещества. К сточным водам первой категории до недавнего времени относили бытовые стоки, выпускаемые в водоемы городами и поселкамии сточные воды боен, предприятий пищевой, кожевенной и целлюлозной промышленности и т.п., богатые растворенными азот- и углеродсодержащими органическими веществами. Они не представляли собой опасности для гидробионтов. В настоящее время бытовые стоки, как правило, содержат и токсичные органические соединения – поверхностноактивные вещества, являющиеся основными компонентами моющих средств. Кроме того, бытовым сточным водам присуще значительное бактериальное загрязнение патогенными микроорганизмами, попадающими в них в основном с фекалиями человека и животных и из других источников. Во вторую категорию сточных вод входят стоки различных отраслей металлургической и химической промышленности весьма разнообразные по химическому составу и оказывающие токсическое действие на живое население водоема, благодаря содержанию в них мышьяка, селена, ртути, свинца и т.п. Загрязнение водоемов бывает первичным и вторичным. Первичное загрязнение возникает в результате попадания в водоем загрязнений из внешних источников и развития аллохтонной микрофлоры, присущей источникам загрязнения, наряду с развитием собственной автохтонной микрофлоры, типичной для данного типа водоемов. Вторичное загрязнение может возникнуть в водоеме с чистой водой в результате отмирания разнообразных организмов, занесенных в него из загрязненных участков, и их последующего разложения. Вторичное загрязнение особенно усиливается, если в этих организмах аккумулированы различные токсичные вещества (пестициды, детергенты, радиоактивные соединения и др.), переходящие в воду после их гибели. Влияние сточных вод на режим водоема. Заморы рыбы Сточные воды, попадая в водоем, существенно влияют на его режим в целом (могут оказывать токсическое действие на гидробионтов, а также в значительной степени менять химический состав воды и особенно газовый режим, когда поступающие в водоем органические вещества интенсивно окисляются содержащимся в воде кислородом, обусловливая его дефицит; процесс протекает еще интенсивнее, если в сточной жидкости имеются минеральные окисляющиеся вещества). Кроме того в водоеме протекает биологическое окисление, жизнедеятельность при котором микроорганизмов, кислород затрачивается осуществляющих этот на процесс. Количество кислорода, необходимое для полного окисления органических веществ, имеющихся в воде, называют биохимическим потреблением кислорода (БПК). Величина эта выражается в миллиграммах О2, потребного для окисления органического вещества, находящегося в 1 л воды, в определенный отрезок времени. Различают суточное БПК1, трехсуточное БПКз, пятисуточное БПК5 и полное БПК. В различных сточных водах БПК различно, особенно велико оно в стоках целлюлозно-бумажной промышленности (22-40 мг/л). С увеличением количества органических веществ в воде возрастает и БПК. Падение содержания растворенного кислорода приводит вначале к гибели (замору) наиболее требовательных к кислороду животных, например, осетровых рыб, ракообразных, далее замор охватывает все большее и большее количество видов. Кроме поглощения растворенного в воде кислорода, на газовый режим водоема при попадании в него сточных вод оказывают влияние микробиологические процессы накопления в воде метана, сероводорода, свободной углекислоты и других газов, в результате чего может наступить массовая гибель гидробионтов. Метан сам по себе ядовит для многих обитателей водоема. Кроме того, в воде происходит интенсивное окисление этого газа за счет растворенного в ней кислорода, что приводит к его дефициту. Во время штилей над слоем ила, в котором преимущественно обитают десульфатирующие бактерии, образуется пленка сероводорода, что приводит к значительным заморам рыбы. При волнении моря, кислород проникает в глубь воды и окисляет сероводород, кроме того, целостность пленки нарушается чисто механическим путем и заморные явления прекращаются. Сточные воды оказывают также чисто механическое воздействие на населяющие дно растения и животные. Например, в сточных водах целлюлозно-бумажной промышленности содержатся волокна, которые скапливаются на дне, оказывая губительное действие на бентос. Почвенная биота Почва - это самый верхний рыхлый слой земной коры, покрытый растительностью и обладающий плодородием. Образование почвы - сложный длительный исторический процесс. Почва образовалась в результате изменения материнских горных пород под воздействием физических и биологических факторов. Она содержит как минеральные, так и органические вещества. В результате физических и химических процессов выветривания твердых пород образуются осколки камней различной величины; далее минеральные остатки могут разрыхляться водой, льдом, ветром и участвовать в формировании почвы. В почвообразовании участвуют три группы организмов: зеленые растения, микроорганизмы и животные, образующие на суше сложные биоценозы. При совместном воздействии организмов в процессе их жизнедеятельности осуществляются важнейшие звенья почвообразования: синтез и разрушение органического вещества, избирательная концентрация биологически важных элементов, аккумуляция разрушение веществ и и новообразование другие явления, минералов, миграция составляющие и сущность почвообразовательного процесса и определяющие формирование главного свойства почвы - плодородия. Вместе с тем функции каждой из этих групп как почвообразователей различны. Почва обладает некоторыми свойствами, которых лишены воздушная и водная среды. Частицы почвы образуют «мелкоячеистый фильтр», который весьма эффективно задерживает твердые взвеси из вод, просачивающихся в почву. В то же время поры почвы служат копилкой питательных веществ. Всю систему «цементируют» частицы глины и гумуса, которые адсорбируют целый ряд веществ. Таким образом, почвы в течение ряда лет могут удерживать вредные вещества, не давая последним возможности перейти в грунтовые воды. По исчерпании адсорбционной емкости наступает проскок - внешне неожиданное загрязнение грунтовых вод, да-же без поступления вредных веществ. Следует отметить, что почвы обла-дают значительной способностью к регенерации. Многие обитатели почвы служат источником ферментов, в присутствии которых вредные вещества расщепляются быстрее, чем в воде или на воздухе. Микрофлора почвы характеризуется большим разнообразием микроорганизмов, которые принимают участие в процессах почвообразования и самоочищения почвы, кругооборота в природе азота, углерода и других элементов. В почве развиваются бактерии, грибы, водоросли и простейшие, вхо-дящие в состав лесных и травянистых биоценозов. Общее количество микроорганизмов в почве исчисляется миллионами и миллиардами в 1 г. Их количество минимально в почвах северных широт (подзолистые) и максимально в черноземах и сероземах, формирующихся под травянистой растительностью. На поверхности почвы микроорганизмов достаточно мало, так как на них губительно действуют ультрафиолетовые лучи, высушива-ние и т.д. Наибольшее количество микроорганизмов содержится в верхних горизонтах почвы, внутрь от поверхности оно уменьшается, и примерно на глубине 3 - 4 м они практически отсутствуют. Характерна неравномер-ность распределения микроорганизмов в массе почвы: максимальное ко-личество их сосредоточено около живых корешков и на поверхности мерт-вых растительных остатков. Эта пленка, обогащенная микроорганизмами, называется ризосферой. Большинство микроорганизмов почвы способны развиваться при нейтральном рН, высокой относительной влажности, значениях температуры 25 - 45 о С. Общая масса микроорганизмов в почве невелика и составляет, по данным Н.А. Красильникова, 7 - 10 т на 1 га, что при среднем содержании воды около 70 - 80 % составит не более 2 т сухого вещества. Численность микроорганизмов чрезвычайно изменчива в течение одного года вследст-вие многократно повторяющихся генераций. Основными функциями микроорганизмов как почвообразователей являются разложение растительных остатков и почвенного гумуса до про-стых солей, используемых растениями, участие в образовании гумусовых веществ, в разрушении и новообразовании почвенных минералов. Важное значение имеет также способность некоторых групп микроорганизмов к фиксации атмосферного азота. ВЛИЯНИЕ ФАКТОРОВ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ НА МИКРООРГАНИЗМЫ Жизнедеятельность микроорганизмов тесно связана с окружающей средой. Чем благоприятнее условия окружающей среды для данного микроорганизма, тем интенсивнее протекают его развитие и жизнедеятельность. Условия среды обитания микроорганизмов обусловливаются тремя группами факторов: физическими, химическими и биологическими. По отношению к каждому фактору можно выделить три кардинальные точки, определяющие не только интенсивность развития микроорганизмов, но и возможность их развития и существования – минимум, при котором жизнедеятельность едва проявляется; максимум, выше которого она практически прекращается, и оптимум, при котором жизнедеятельность микроорганизмов проявляется с наибольшей интенсивностью. Физические факторы Влажность среды. Жизнедеятельность микроорганизмов возможна только при наличии влаги в среде. Вода входит в состав их клеток (до 85%). Она создает нормальное тургорное давление. Все химические реакции, протекающие в клетках, требуют наличия водной среды. Кроме того, вода должна находиться в доступной для организма форме. Многие питательные вещества могут проникать внутрь клетки лишь в растворенном состоянии. Микроорганизмам недоступна связанная влага, а необходима свободная – капельножидкостная влага (минимум влажности 20-30%). Плесневые грибы могут развиваться без капельно-жидкостной воды, но во влажной атмосфере (минимум влажности лежит около 10-15%), поэтому они могут расти на стенах сырых помещений, на пищевых продуктах и т. п. Микроорганизмы, нуждающиеся в ничтожном количестве влаги, называются ксерофильными. Отношение микроорганизмов к высушиванию различно. Например, уксуснокислые бактерии очень чувствительны к влаге и при высушивании быстро погибают, а молочнокислые бактерии в высушенном состоянии могут сохранять свою жизнеспособность десятки лет, на чем основано применение сухих заквасок в производстве кисломолочных продуктов. Особенно хорошо переносят высушивание спорообразующие бактерии. На чувствительности микроорганизмов к влажности среды основано консервирование пищевых продуктов путем высушивания. Концентрация растворенных веществ. Нормальная жизнедеятельность микроорганизмов протекает лишь при оптимальных концентрациях растворенных веществ в среде. Для большинства микроорганизмов оптимальной концентрацией для активного обмена веществ является 0,5% сахара или соли в среде. В таком растворе клетки микроорганизмов находятся в состоянии тургора (цитоплазма плотно прилегает к клеточной стенке). Осмотическое давление в растворе в этом случае немного меньше внутриклеточного, которое у микроорганизмов обычно достигает 0,5-2 мПа, но имеются и отклонения. У почвенных бактерий внутриклеточное давление 5- 8 мПа, у некоторых плесневых грибов оно может достигать 20 мПа. При более высокой концентрации сахара или соли в питательной среде наступает плазмолиз клетки – она обезвоживается, цитоплазма отходит от клеточной стенки. В состоянии плазмолиза в клетке не происходит процессов питания, размножения, это состояние клетки называется анабиозом. На анабиозе основано консервирование различных продуктов с помощью сахара или соли. При ничтожном количестве солей в среде (в дистиллированной воде) в клетку начинает поступать большое количество воды, она набухает, теряет форму, может произойти разрыв оболочки и клетка погибнет – состояние плазмоптиза. При изменения привычного осмотического давления наступают существенные изменения в физиологии микроорганизмов, Так, при перенесении пресноводных светящихся бактерии в концентрированный раствор соли явление свечения исчезает, то же самое наблюдается мри помещении в пресную воду морских светящихся бактерий. Существуют микроорганизмы, приспособившиеся к обитанию в средах с высоким осмотическим давлением сахара, например, дрожжи Zygosaccharomyces, обитающие в меде и варенье с концентрацией сахара до 90% (40-50 мПа). Такие микроорганизмы называются осмофильными. Микроорганизмы, устойчивые к высоким концентрациям поваренной соли, называются галофильными. Они выносят концентрации NaCl до 15-20% (0,910 мПа). Соответственно у них высокое и внутриклеточное давление. Это в основном обитатели соленых озер и солончаковых почв. На чувствительности микроорганизмов к повышенным концентрациям веществ в среде основаны способы консервирования пищевых продуктов при помощи сахара или соли (гнилостные бактерии погибают при 5-10% NaCl). Многие микроорганизмы погибают при концентрации соли более 15%. Температура. Это один из главных факторов, определяющих не только интенсивность развития, но и саму возможность существования микроорганизмов. Каждый микроорганизм имеет свой оптимум, минимум и максимум температуры. микроорганизмов, Эти три называют точки, определяющие кардинальными. Для развитие различных микроорганизмов они имеют свои значения. По отношению к температуре все микроорганизмы психрофильные, мезофильные и термофильные. делятся на Психрофильные микроорганизмы – это в основном обитатели холодных источников, северных морей, почв и микроорганизмы, развивающиеся на охлажденных продуктах и вызывающие их порчу. К психрофилам относятся многие светящиеся морские бактерии. Максимальная температура их развития равна 30° С, оптимальная – 8–12° С, минимальная – 0 – минус 7° С и даже ниже, что зависит от точки замерзания среды. Мезофильные микроорганизмы – наиболее широко распространены в природе. К ним относятся микроорганизмы, обитающие в воде, воздухе, почве, в живых организмах. Они представлены как сапрофитами, так и паразитами. Мезофилами являются представители дрожжей, плесневых грибов, молочнокислых бактерий, группы кишечной палочки, протея, стафилококков, фекального стрептококка и многих других. Возбудители порчи пищевых продуктов в основном представлены мезофилами. Оптимальная температура их развития равна 25-40° С, минимальная – 5-10° С, максимальная – 45-50° С. Термофильные микроорганизмы также широко распространены в природе. Они могут обитать в горячих источниках, в почвах и водоемах жарких стран, в песках пустынь, в кишечнике человека и животных, так как имеют устойчивые споры. Оптимальная температура их развития составляет 40-60° С, минимальная около 30° С и максимальная 70-80° С. В особый род были выделены бактерии, развивающиеся в горячих источниках – Thermusaquaticus. С жизнедеятельностью термофильных микроорганизмов связано явление термогенеза. Среди мезофилов встречаются термотолерантныемикроорганизмы, которые при оптимальной температуре развития 30° С имеют высокую максимальную ° 55-60° С. Температуры, превышающие максимальные температуры роста, губительно влияют на микроорганизмы. Неспороносные бактерии при нагревании до 6070° С отмирают через 15-30 мин, а при 80-100° С через 0,5-3 мин. Дрожжи и плесени погибают уже при температуре 50-60° С, а их споры при 65-80° С. Более устойчивыми к нагреванию являются споры бактерий, которые при нагревании до 120° С во влажной среде погибают через 20- 30 мин. В высушенном состоянии споры бактерий более устойчивы (при температуре 160- 170° С погибают через 1-2 ч). На губительном действии высоких температур основаны процессы пастеризации, стерилизации и тиндализации (дробной стерилизации). Биохимическая основа тепловой смерти микроорганизмов еще недостаточно ясна. Очевидно их гибель наступает вследствие денатурации белков и инактивации ферментов, для чего достаточно воздействие температуры порядка 60° С и выше. Особенно чувствительны к тепловой денатурации ферменты цикла трикарбоновых кислот. Возможно, что гибель микроорганизмов при высоких температурах отчасти является результатом тепловой инактивации РНК и повреждения цитоплаз-матической мембраны. Температуры ниже минимальных не убивают микроорганизмы, а только приостанавливают их развитие, потому низкие температуры используют для хранения скоропортящихся продуктов. Микроорганизмы переносят и очень низкие температуры, даже температуру жидкого воздуха (минус 190°С) и жидкого водорода (минус 252° С). Например, некоторые представители группы кишечной палочки, грибов и дрожжей не погибали к течение длительного времени при минус 190° С, споры плесеней сохраняли жизнеспособность при этой температуре в течение нескольких месяцев. Даже после [0- часового пребывания при температуре минус 252°С бактерии и споры оставались жизнеспособными. Очевидно это объясняется тем, что при быстром замораживании жидкая среда, в которой находятся микроорганизмы, превращается в лед, а вода внутри клетки либо остается в переохлажденном состоянии и не превращается в лед, либо образуются очень мелкие Кристаллы льда, которые не повреждают клетку. При замедленном охлаждении происходит образование крупных кристаллов льда, повреждающих клетку при температурах, близких к 0°С. Лучистая энергия. К различным видам лучистой энергии относятся солнечный свет, ультрафиолетовые (УФ), рентгеновские лучи и радиоактивные излучения. Чтобы излучение подействовало на какое-либо вещество живой клетки, оно должно этим веществом поглощаться. Космические, рентгеновские лучи и искусственные коротковолновые излучения (а-, Ви у-лучи), возникающие в результате разнообразных ядерных реакций и приобретающие все большее значение в связи с развитием ядерной физики, называются ионизирующими излучениями. Энергия получается в виде квантов. Она настолько велика, что при поглощении ее веществом кванты выбивают электроны из всех его атомов – происходит ионизация. Солнечный свет необходим только фотоавтотроф-ным микроорганизмам и некоторым грибам, на остальные микроорганизмы, особенно на патогенные, свет оказывает губительное влияние. Большое значение имеет солнечный свет для самоочищения водоемов. В прозрачную воду солнечные лучи проникают на глубину до 2 м, резко снижается их проникающая способность в мутной воде и особенно в загрязненных водоемах (не более 0,5 м). УФ-лучи с длиной волны 250-260 нм являются наиболее активной частью солнечного спектра. Они вызывают либо гибель микроорганизмов, либо мутагенный эффект в зависимости от вида микроорганизмов, дозы и продолжительности облучения. Гибель микроорганизмов вызывается, с одной стороны, воздействием УФ-лучей непосредственно на клетки, а с другой стороны неблагоприятным влиянием на них облученного субстрата. УФ-лучи адсорбируются важнейшими веществами клетки – белками, нуклеиновыми кислотами и вызывают их химические изменения, повреждающие клетку. Так, летальный эффект УФ-лучей с длиной волны около 260 нм объясняется тем, что максимум поглощения их пуриновыми и пиримидиновыми основаниями, входящими в состав ДНК и РНК, лежит именно в этой области. В облучаемой среде могут образоваться вещества (перекись водорода, озон), губительно действующие на микроорганизмы. Из всех микроорганизмов наименее устойчивы к УФ-лучам бактерии. Среди неспороносных форм особенно чувствительны к облучению бактерии, выделяющие пигмент в окружающую среду, например Pseudomonas fluorescens. Микрококки, сарцины и другие бактерии, содержащие пигменты в клетках – каротиноиды, меланины – весьма устойчивы к действию УФлучей, так как каротиноидные пигменты обладают защитными свойствами против УФ-лучей. Споры бактерий значительно устойчивее к действию УФлучей, чем вегетативные клетки (для уничтожения спор энергии требуется в 4-5 раз больше), конидии грибов более устойчивы, чем мицелий. УФ-лучи применяются для дезинфекции воздуха в медицинских и производственных помещениях, холодильных камерах, для обеззараживания производственного оборудования, волы. Применение УФ-облучения ограничено вследствие их невысокой проникающей способности, позволяющей уничтожать только микроорганизмы, находящиеся на поверхности облучаемых предметов. УФлучи, поглощаясь веществом, вызывают возбуждение молекул, т. е. переход электронов на более высокий энергетический уровень. Рентгеновские лучи, электромагнитным или Х-лучи, излучением, являются обладающим коротковолновым высокой проникающей способностью. Эффект воздействия рентгеновских лучей на микроорганизмы зависит от дозы облучения. В малых дозах эти лучи повышают интенсивность жизненных процессов, а в больших изменяют морфологические и физиологические свойства микробов, задерживают их рост и размножение и даже приводят к гибели клеток. Микроорганизмы по сравнению с высшими организмами менее чувствительны к рентгеновским лучам. Наименее устойчивы к лучам Рентгена вирусы, наиболее устойчивы дрожжи и плесени, бактерии занимают промежуточное положение. Споры бактерий в 10-12 раз устойчивее к рентгеновским лучам, чем вегетативные клетки. Радиоактивные излучения возникают при распаде радиоактивных элементов. Наибольшей проникающей способностью обладают лучи, действие которых аналогично действию рентгеновских лучей. В малых дозах они стимулируют рост клеток, в больших вызывают бактерицидный эффект. Гибель микроорганизмов происходит при дозах облучения, в сотни и тысячи раз превосходящих смертельную дозу для животных. При дозе ниже смертельной возможно восстановление нормальной жизнедеятельности – реактивация микроорганизмов. Наиболее чувствительны к радиоактивным излучениям грамотрицательные бактерии, наиболее устойчивы грамположительные бактерии. Слабой устойчивостью к этим видам излучений отличаются психрофильные бактерии. Очень устойчивы к ионизирующим излучениям некоторые микрококки (Micrococcusradiodurans) и споры Bacillus и Clostridium. По чувствительности к радиоактивным излучениям плесневые грибы и некоторые виды дрожжей близки к бактериальным спорам. Губительное действие радиоактивных излучений на микроорганизмы обусловлено их ионизирующей способностью. Они вызывают радиолиз воды в клетках и субстратах с образованием свободных радикалов, атомарноговодорода, гидроксилов. В присутствии кислорода образуются соединения типа перекисей, вступающие во взаимодействие с другими веществами, что сопровождается возникновением большого количества химических реакций, не свойственных нормально живущей клетке. В результате наступает глубокое нарушение обмена веществ, разрушаются ферменты, изменяются внутриклеточные структуры. Особой чувствительностью Радиоактивные к радиоактивному излученияприменяются излучению для обладает холодной ДНК. стерилизации продуктов, в консервной промышленности, бактериологических препаратов, медикаментов и др., чтобы предотвратить изменения качества объекта стерилизации в результате денатурации белков и разрушения полисахаридов, витаминов и т. п., неизбежного при термической стерилизации. Радиоволны. Это электромагнитные волны, характеризующиеся различной длиной волны: короткие волны (ВЧ) длиной от 10 до 50 м и ультракороткие (УВЧ) длиной 10 м и меньше, губительно действующие па микроорганизмы. При прохождении через среду коротких и ультракоротких радиоволн возникают переменные токи высокой частоты, что обусловливает быстрый нагрев среды до высокой температуры. Гибель микроорганизмов наступает вследствие теплового эффекта. Ультразвуковое воздействие. Звуковые колебания делятся на инфразвуки, слышимые звуки и ультразвуки (УЗ). УЗ – это механические колебания с частотами выше 20000 колебаний в секунду (20 кГц), что находится за пределами частот, воспринимаемых человеком. УЗ-волны распространяются в твердых, жидких и газообразных средах, несут большой запас механической энергии и вызывают ряд физических, химических и биологических изменений. Проходя через жидкость, УЗ-волны вызывают кавитацию — образование мелких разрывов, принимающих форму пузырьков под действием сил поверхностного натяжения жидкости. В момент захлопывания кавитационного пузырька возникает мощная гидравлическая ударная волна, вызывающая сильное разрушительное действие. Механизм действия на микроорганизмы УЗ недостаточно изучен, но считают, что под действием кавитации происходит разрыв оболочки клетки, а иногда и разрушение составных частей клетки. УЗ-колебания ускоряют многие химические реакции, вызывают распад высокомолекулярных соединений, коагуляцию белков, иннактивацию ферментов. Для микроорганизмов губительны УЗколебания только определенной мощности, ниже которой даже длительное воздействие не вызывает летального исхода, а обусловливает только снижение ферментативной активности организмов, потерю способности к движению, размножению. Среди микроорганизмов наиболее чувствительны к действию УЗ-волн бактерии, споры бактерий более устойчивы, чем вегетативные клетки. УЗ легче вызывает гибель палочковидных форм бактерий, чем шаровидных. Давление и механические сотрясения. Микроорганизмы довольно устойчивы к давлению и механическим сотрясениям. Давление до 50 МПа не оказывает существенного влияния на бактериальные клетки. При давлении выше 60 МПа у большинства микроорганизмов угнетаются процессы роста и размножения, о чем свидетельствуют удлинение лаг-фазы и задержка клеточного деления, когда одноклеточные микроорганизмы образуют длинные нити. Многие бактерии переносят кратковременное повышение давления до 300 МПа, это очевидно связано с малой чувствительностью белков к давлению. Белки денатурируются лишь при очень высоком гидростатическом давлении – порядка 1000 МПа. Имеется значительное количество микроорганизмов, обитающих в глубинах океанов, грунтах морей, нефтяных скважинах, подвергающихся постоянно значительному гидростатическому давлению (до 20-30 МПа). Многие из них не могут развиваться при обычном атмосферном давлении. Такие микроорганизмы называются барофильными. Широко распространены также баротолерантные микроорганизмы, хорошо переносящие высокое давление, но способные развиваться и при нормальном атмосферном давлении. К механическим сотрясениям микроорганизмы различных систематических групп относятся по-разному. Сильные и частые сотрясения могут вызвать гибель микроорганизмов, а редкие и слабые даже стимулируют их развитие. Наиболее стойкими к механическим сотрясениям являются подвижные бактерии, обитающие в проточной воде. Химические факторы Концентрация водородных ионов. Реакция среды – это водородный показатель (рН), отражающий степень ее кислотности (рН от 1 до 7) или щелочности (рН от 7 до 14). Микроорганизмы проявляют свою жизнедеятельность в пределах определенных значений рН. Для одних микроорганизмов эти пределы весьма широкие, для других, наоборот, очень узкие (рис. 62). Так, некоторые плесневые грибы развиваются при рН от 1 до 10, пневмококки при рН от 7 до 8,2, а микобактерии при рН всего лишь от 7,5 до 7,8. Наиболее кислотолюбивыми микроорганизмами являются автотрофные тионовые бактерии Thiobacillusthiooxydans, развитие которых возможно при рН 0,6 (оптимум рН 2,5—3,5). Существуют бактерии, способные развиваться при рН 11. Наиболее благоприятна для большинства бактерий среда с рН 7,0-7,3, для дрожжей и плесневых грибов – с рН 5-6. Изменения рН в кислую сторону губительно сказываются на гнилостных бактериях, оптимум развития которых лежит в слабощелочной области (рН 7,5). Это свойство используется при консервировании продуктов путем маринования или квашения. Уксуснокислые бактерии сами активно накапливают кислоту и устойчивы к рН от 3 до 4, поэтому их относят к ацидофильным микроорганизмам, а холерный вибрион лучше развивается при рН 9. Такие микроорганизмы называются алкалифильными. К ним относятся также уробактерии, разлагающие мочевину. Если рН не соответствует оптимальной величине, то микробы не могут нормально развиваться даже при наличии всех необходимых питательных веществ, так как рН оказывает большое влияние на активность ферментов клетки и ее проницаемость. Кислород и окислительно-восстановительный потенциал. Молекулярный кислород является одним из важнейших факторов внешней среды, определяющим направление биохимических реакций, осуществляемых микроорганизмами в энергетическом обмене. Ядовитые вещества. Многие химические вещества как неорганические (соли ртути, меди, серебра; окислители – хлор, озон, йод, перекись водорода, хлорная известь, перманганат калия; щелочи и кислоты – едкий натр, сернистая, фтористоводородная, борная кислоты, некоторые газы – сероводород, сернистый, угарный газ), так и органические (спирты, фенолы, альдегиды, особенно формальдегид) оказывают губительное действие на микроорганизмы, механизм которого определяется химической природой этих веществ. Например, формальдегид вступает во взаимодействие с аминными группами аминокислот и пептидов и связывает их, нарушая нормальную жизнедеятельность клеток, фенолы угнетают дыхание микроорганизмов. В основном ядовитые вещества разрушают тонкую структуру клетки, вызывают денатурацию белков, инактивацию ферментов. Ядовитые вещества либо убивают бактерии (бактерицидное действие), либо задерживают их развитие (бактериостатическое действие). На этом основано их использование в качестве дезинфицирующих средств и антисептиков). В малых дозах ядовитые вещества часто стимулируют развитие микроорганизмов. Биологические факторы Вприродных условиях микроорганизмы разнообразных биологических подвергаются действию факторов. Это в основном продукты жизнедеятельности животных, растений и микроорганизмов, которые могут оказывать как благоприятное (стимуляторы роста, например, гиббереллиновая кислота или витамины), так и губительное воздействие на клетки (ингибиторы роста, например фитонциды), а также антибиотики. Между микроорганизмами, а также между макро- и микроорганизмами существует два вида взаимоотношений: симбиоз и антагонизм. ВОПРОСЫ: Понятие об экологии. Микробиоциноз почвы, воды, воздуха. Роль почвы, воды, воздуха, пищевых продуктов в распространении возбудителей инфекционных болезней. Влияние физических факторов (температуры, давления, ионизирующей радиации, ультразвука, высушивания), механизм их действия на микроорганизмы. Влияние химических факторов, механизм их действия на микроорганизмы.Понятие о стерилизации. Тепловая, химическая, лучевая стерилизации. Аппараты для тепловой стерилизации (паровой стерилизатор, воздушный стерилизатор, другие стерилизаторы), их устройство, правила работы, техника безопасности при эксплуатации. Понятие о дезинфекции. Тепловая, химическая, лучевая дезинфекция. Профилактическая и текущая дезинфекция. Средства дезинфекции, их выбор в зависимости от объекта, подлежащего обработке и микроорганизмов, на которые направлено действие дезинфицирующих средств. Стационарные, переносные и передвижные установки для дезинфекции воздуха помещений. Использование аэрозолей для дезинфекции. Контроль за качеством стерилизации и дезинфекции. Современные системы экспрессконтроля стерилизации и дезинфекции. Понятие об асептике и антисептике. Методы асептики и антисептики. Системы сбора, хранения и утилизации медицинских отходов, содержащих инфицированный материал.
