«Рост за пределы особи» Итак, перед нашими глазами прошли главные персонажи эффектного эволюционного спектакля, который вывел на сцену жизни множество совершенно удивительных существ. При всех тех различиях, которые придают бесспорное своеобразие каждой обширной

Рост и размножение микроорганизмов Как сказал известный французский физиолог XIX века Клод Бернар, жизнь есть творение. Живые организмы отличаются от неживой природы главным образом тем, что растут и размножаются. Их рост и размножение лучше всего наблюдать у таких

Микробы ускоряют рост растений В различных органах растений образуются вещества, регулирующие и до известной степени ускоряющие их рост. К таким веществам относится, например, f3-индолилуксусная кислота (гетероауксин).Интересно, что гетероауксин вырабатывают и выделяют

«Роскошный рост» Escherichia coli обитала в организме наших предков на протяжении миллионов лет еще тогда, когда предки эти вовсе не были людьми. Но только в 1885 г. вид Homo sapiens и его жильцы были официально представлены друг другу. Немецкий педиатр по имени Теодор Эшерих занимался

1. Размножение - это рост, наследственность и развитие Размножение - одно из самых специфических и самых сложных свойств жизни. Это и естественно, так как в эволюции отбор идет именно на эту способность: в борьбе за существование побеждают те организмы, которые

Жизнедеятельность бактерий характеризуется ростом -- формированием структурно-функциональных компонентов клетки и увеличением самой бактериальной клетки, а также размножением -- самовоспроизведением, приводящим к увеличению количества бактериальных клеток в популяции.

Бактерии размножаются путем бинарного деления пополам, реже путем почкования. Актиномицеты, как и грибы, могут размножаться спорами. Актиномицеты, являясь ветвящимися бактериями, размножаются путем фрагментации нитевидных клеток. Грамположительные бактерии делятся путем врастания синтезирующихся перегородок деления внутрь клетки, а грамотрицательные -- путем перетяжки, в результате образования гантелевид-ных фигур, из которых образуются две одинаковые клетки.

Делению клеток предшествует репликация бактериальной хромосомы по полуконсервативному типу (двуспиральная цепь ДНК раскрывается и каждая нить достраивается комплементарной нитью), приводящая к удвоению молекул ДНК бактериального ядра -- нуклеоида.

Репликация ДНК происходит в три этапа: инициация, элонгация, или рост цепи, и терминация.

Размножение бактерий в жидкой питательной среде. Бактерии, засеянные в определенный, не изменяющийся объем питательной среды, размножаясь, потребляют питательные элементы, что приводит в дальнейшем к истощению питательной среды и прекращению роста бактерий. Культивирование бактерий в такой системе называют периодическим культивированием, а культуру -- периодической. Если же условия культивирования поддерживаются путем непрерывной подачи свежей питательной среды и оттока такого же объема культуральной жидкости, то такое культивирование называется непрерывным, а культура -- непрерывной.

При выращивании бактерий на жидкой питательной среде наблюдается придонный, диффузный или поверхностный (в виде пленки) рост культуры. Рост периодической культуры бактерий, выращиваемых на жидкой питательной среде, подразделяют на несколько фаз, или периодов :

• 1. лаг-фаза;
• 2. фаза логарифмического роста;
• 3. фаза стационарного роста, или максимальной концентрации

бактерий;

4. фаза гибели бактерий.

Эти фазы можно изобразить графически в виде отрезков кривой размножения бактерий, отражающей зависимость логарифма числа живых клеток от времени их культивирования.

Лаг-фаза -- период между посевом бактерий и началом размножения. Продолжительность лаг-фазы в среднем 4--5 ч. Бактерии при этом увеличиваются в размерах и готовятся к делению; нарастает количество нуклеиновых кислот, белка и других компонентов.

Фаза логарифмического (экспоненциального) роста является периодом интенсивного деления бактерий. Продолжительность ее около 5-- 6 ч. При оптимальных условиях роста бактерии могут делиться каждые 20--40 мин. Во время этой фазы бактерии наиболее ранимы, что объясняется высокой чувствительностью компонентов метаболизма интенсивно растущей клетки к ингибиторам синтеза белка, нуклеиновых кислот и др.

Затем наступает фаза стационарного роста , при которой количество жизнеспособных клеток остается без изменений, составляя максимальный уровень (М-концентрация). Ее продолжительность выражается в часах и колеблется в зависимости от вида бактерий, их особенностей и культивирования.

Завершает процесс роста бактерий фаза гибели , характеризующаяся отмиранием бактерий в условиях истощения источников питательной среды и накопления в ней продуктов метаболизма бактерий. Продолжительность ее колеблется от 10 ч до нескольких недель. Интенсивность роста и размножения бактерий зависит от многих факторов, в том числе оптимального состава питательной среды, окислительно-восстановительного потенциала, рН, температуры и др.

Размножение бактерий на плотной питательной среде. Бактерии, растущие на плотных питательных средах, образуют изолированные колонии округлой формы с ровными или неровными краями (S- и R-формы), различной консистенции и цвета, зависящего от пигмента бактерий.

Пигменты, растворимые в воде, диффундируют в питательную среду и окрашивают её. Другая группа пигментов нерастворима в воде, но растворима в органических растворителях. И, наконец, существуют пигменты, не растворимые ни в воде, ни в органических соединениях.

Наиболее распространены среди микроорганизмов такие пигменты, как каротины, ксантофиллы и меланины. Меланины являются нерастворимыми пигментами черного, коричневого или красного цвета, синтезирующимися из фенольных соединений. Меланины наряду с каталазой, супероксидцисмутазой и пероксидазами защищают микроорганизмы от воздействия токсичных перекисных радикалов кислорода. Многие пигменты обладают антимикробным, антибиотикоподобным действием.

Одним из проявлений жизнедеятельности микроорганизмов является их рост и размножение.

Рост - это увеличение размеров отдельной особи.

Размножение - способность организма к воспроизведению.

Основным способом размножения у бактерий является поперечное деление, которое происходит в различных плоскостях с формированием многообразных сочетаний, клеток (гроздья, цепочки, тюки и т. д.). У бактериальных клеток делению предшествует удвоение материнской ДНК. Каждая дочерняя клетка получает копию материнской ДНК. Процесс деления считается законченным, когда цитоплазма дочерних клеток разделена перегородкой. Клетки с перегородкой деления расходятся в результате действия ферментов, которые разрушают сердцевину перегородки.

Скорость размножения бактерий различна и зависит от вида микроба, возраста культуры, питательной среды, температуры.

При выращивании бактерий в жидкой питательной среде наблюдается несколько фаз роста культур:

1. Фаза исходная (латентная) - микробы адаптируются к питательной среде, увеличивается размер клеток. К концу этой фазы начинается размножение бактерий.

2. Фаза логарифмического инкубационного роста - идет интенсивное деление клеток. Длится эта фаза около 5 часов. При оптимальных условиях бактериальная клетка может делиться каждые 15-30 мин.

3. Стационарная фаза - число вновь появившихся бактерий равно числу отмерших. Продолжительность этой фазы выражается в часах и колеблется в зависимости от вида микроорганизмов.

4. Фаза отмирания - характеризуется гибелью клеток в условиях истощения питательной среды и накопления в ней продуктов метаболизма микроорганизмов.

5ч 10 15 20 25 30 35 40 45 Время нед нед

Если питательная среда, в которой культивируются микроорганизмы, будет обновляться, то можно поддерживать фазу логарифмического роста.

При размножении на плотных питательных средах бактерии образуют на поверхности среды и внутри нее типичные для каждого микробного вида колонии. Колонии могут быть выпуклыми или плоскими, с ровными или неровными краями, с шероховатой или гладкой поверхностью и иметь различную окраску: от белой до черной. Все эти особенности (культуральные свойства) учитывают при идентификации бактерий, а также при отборе колоний для получения чистых культур. Чтобы знать, как получить чистую культуру того или иного микроорганизма, надо внимательно ознакомиться с практической частью данной главы.

2. Реакция преципитации. Определение, компоненты. Механизм, варианты постановки, применение

Реакция преципитации (1897 г. Клаус) – это осаждение специфического мелкодисперстного АГ эквивалентным кол-ом АТ в растворе электролита

Компоненты: коллоидный раствор АГ; сыворотка с высоким титром АТ

Механизм: АТ+АГ=АТ-АГ: АТ-АГ=преципитат

Преимущества и недостатки: + большая устойчивость к высоким температурам

Значение: сероидентификация (АТ в сыворотке, АГ неизвестный); серодиагностика (неизвестные АТ в сыворотке, изветнйы АГ); определение следовых кол-в АГ; изучение антигенных структур бактерии; определение видовой принадлежности биол. жидкостей; выявление фальсификации мясных пищевых продуктов

Виды: реакция кольцепрецепитации (последовательные разведения антигена наслаивают на стандартное разведение диагностической сыворотки в пробирках, при этом осадок образуется в виде кольца на границе двух сред); реакция преципитации в пробирках (помутнение, выпадение осадка); реакция диффузной преципитации в геле (видимая линия)

Микоплазмы

Микоплазмы - это микроорганизмы, лишенные клеточной стенки, но окруженные трехслойной липопротеидной ци-топлазматической мембраной. Микоплазмы обнаружены в почве, сточных водах, на различных субстратах, в организме животных и человека. Имеются патогенные и непатогенные виды.

К патогенным для человека относится Mycoplasma pneumonia, к полупатогенным - m. hominy"s и Т- группа.

Клетки микоплазм весьма полиморфны (шаровидные, кольцевидные, коккобациллярные, нитевидные, ветвистые, в виде элементарных телец). Патогенные микоплазмы поражают органы дыхания, мочеполовую и ЦНС. В настоящее время этим возбудителям уделяется особое внимание как возбудителям заболевания воспалительного характера.

Билет 27

Диссоциация бактерий

2. Реакция агглютинации: определение, компоненты, механизм, варианты постановки, применение

Реакция агглютинации – это специф. АГ+АТ, проявляющееся в склеивании и выпадении в осадок корпускулярных антигенов: бактерий, эритроцитов, а также частиц с адсорбированными на них антигенами под влиянием антител в среде с электролитом.

Компоненты: культура возбудителя с АГ-агглютиноген, сыворотка с АТ-агглютинин

Механизм: теория «решетки»: 1 - специфическая адсорбция антител на поверхности клетки или частицы, несущей соответствующие антигены; 2 - образование агрегата (агглютината) и выпадение его в осадок.

Методики: на стекле (ориентировочная); в пробирке (позволяет определить кол-во и наличие АГ-агглютиногенов).

Преимущества и недостатки: - недостаточная специфичность (повысить можно разведением исследуемой сыворотки до ее титра или половины титра); - недостаточная чувствительность; - трудоемкость; - длительность; + наглядность.

Титр сыворотки – ее максимальное разведение, в котором обнаруживается агглютинация антигена.

Диагностический титр – это критическая величина титра АТ сыворотки крови больного к конкретному возбудителю, достижение или превышение которой расценивается как диагностический признак заболевания. Устанавливается эмпирическим путем для каждого заболевания. (р. Видаля)

Значение: дифференцировка ранее перенесенной инфекции, вакцинации или текущее заболевание (+),

оценка динамики нарастания титра антител, которое наблюдается только при текущей инфекции.

Реакция адсорбции агглютининов по Кастеллани. Взяли АТ после иммунизации АГ животных, отделили форменные элементы и фибриноген. Получили монорецепторную сыворотку.

Вирусы полиомиелита

Фильтрующийся агент, названный впоследствии вирусом полиомиелита (синоним полиовирус), был выделен в 1909 г. при заражении обезьян К. Ландштейнером и Е. Поппером из спинного мозга умершего от полиомиелита ребенка.

Структура и химический состав. Однонитевая РНК ассоции­рована с внутренним белком, при удалении которого ее инфек-ционность сохраняется. Капсид вириона построен по икосаэдрическому типу симметрии и состоит из 60 субъединиц (рис. 21.1).

Культивирование и репродукция. Вирусы полиомиелита хоро­шо репродуцируются с выраженным ЦПД в первичных и пере­виваемых культурах разного происхождения (фибробласты человека, клетки HeLa и др.).

Адсорбция полиовирусов происходит преимущественно на липопротеиновых рецепторах клетки, в которую они проникают путем виропексиса, - вирус захватывается клеточной мембраной, которая впячивается внутрь, образуя микровакуоль. После освобождения вириона от капсида образуется реплика-тивная форма РНК, которая является матрицей для синтеза цРНК и фонда вирионных РНК. Репродукция полиовируса происходит в цитоплазме чувствительных клеток.

Вначале синтезируется единый гигантский полипептид, кото­рый разрезается протеолитическими ферментами на несколько фрагментов. Одни из них представляют собой капсомеры, из которых строится капсид, другие - внутренние белки, третьи - вирионные ферменты (РНК-транскриптаза и протеаза). Затем происходит формирование нескольких сотен вирионов в каждой инфицированной клетке, которые освобождаются после ее ли­зиса.

Антигены. Вирусы полиомиелита разделены на три сероло­гических типа (I, II и III), которые различаются между собой по антигенной структуре и некоторым другим биологическим признакам. Все три серотипа имеют общий комплементсвязыва-ющий антиген. Их дифференциация производится в реакции нейтрализации.

Патогенез заболеваний человека. Входными воротами инфек­ции является слизистая оболочка рта и носоглотки. Первичная репродукция вируса происходит в эпителиальных клетках слизистой оболочки рта, глотки и кишечника, в лимфатических узлах глоточного кольца и тонкой кишки (пейеровых бляшках).

Из лимфатической системы вирус попадает в кровь. Стадия вирусемии продолжается от нескольких часов до нескольких дней. В некоторых случаях вирус проникает в нейроны спинного и головного мозга, по-видимому, через аксоны периферических нервов. Это может быть связано с повышенной проницаемостью гематоэнцефалического барьера за счет образующихся иммунных комплексов.

Репродукция вируса в двигательных нейронах передних рогов спинного мозга, а также в нейронах большого и продол­говатого мозга приводит к глубоким, нередко необратимым изменениям. В цитоплазме пораженных нейронов, которые под­вергаются глубоким дегенеративным изменениям, обнаружива­ются кристаллоподобные скопления вирионов.

Иммунитет. После перенесения заболевания формируется пожизненный гуморальный иммунитет к соответствующему серотипу вируса. Протективными свойствами обладают вирус-нейтрализующие антитела, которые начинают синтезироваться еще до появления параличей. Однако их максимальные титры (1:2048 и более) регистрируются через 1-2 мес и обнаружи­ваются в течение многих лет. Это имеет практическое значение для ретроспективной диагностики полиомиелита. Пассивный им­мунитет, приобретенный после рождения, сохраняется в течение первых 4-5 нед жизни ребенка. Высокая концентрация антител в сыворотке не предотвращает развитие параличей после того, как полиовирус проник в ЦНС.

Экология и распространение. Устойчивость полиовируса во внешней среде сравнительно велика. Он сохраняет свои инфек­ционные свойства в сточных водах при О °С в течение месяца. Нагревание при температуре 50 °С инактивирует вирус в течение 30 мин в воде, а при 55 °С в молоке, сметане, масле и мороже­ном. Вирус устойчив к детергентам, но высокочувствителен к УФ-лучам и высушиванию, а также к хлорсодержащим дезинфектантам (хлорная известь, хлорамин). Наиболее чувствитель­ны к полиомиелиту дети, однако заболевают и взрослые. Нередко распространение полиомиелита приобретает эпидемический ха­рактер. Источником инфекции являются больные и вирусоносители. Выделение вируса из глотки и с фекалиями начинается в инкубационный период. После появления первых симптомов заболевания вирус продолжает выделяться с фекалиями, в 1 г которых содержится до 1 млн. инфекционных доз. Поэтому главное значение имеет фекально-оральный механизм передачи инфекции через загрязненные фекалиями воду и пищевые продукты. Определенная роль принадлежит мухам. В эпидеми­ческих очагах может происходить инфицирование людей воздуш­но-капельным путем.

Специфическая профилактика. Инактивированная вакцина, полученная Дж. Солком в США путем обработки вируса раствором формалина, обеспечивает достаточно напряженный типоспецифический гуморальный иммунный ответ. К недостаткам инактивированной вакцины следует отнести необходимость ее трехкратного введения парентеральным путем. Кроме того, она не обеспечивает надежного местного иммунитета кишечника.

А. Себиным в США были получены аттенуированные вариан­ты вирусов полиомиелита, из которых в конце 50-х годов совет­скими вирусологами А. А. Смородинцевым и М. П. Чумаковым была приготовлена живая полиовирусная вакцина. Вакцинные штаммы оказались генетически стабильны. Они не реверсировали к «дикому типу» при пассажах через кишечник людей и не репродуцировались в клетках ЦНС.

Основное отличие вакцинных от исходных, «диких», штаммов состоит в их безвредности для человека.

Живая вакцина имеет ряд преимуществ по сравнению с ин­активированной. Она обеспечивает не только общий гуморальный иммунитет, но и местный иммунитет кишечника за счет синтеза секреторных иммуноглобулинов класса А. Вместе с тем в ре­зультате интерференции вирусов с «дикими» типами полиовируса в эпителиальных клетках слизистой оболочки тонкого кишечника происходит элиминация- последних из организма. И, наконец, живая вакцина вводится естественным путем - через рот, что в значительной мере облегчает ее применение. Недостатком живых вакцин является необходимость постоянного контроля за генетической стабильностью вакцинного штамма.

Для пассивной профилактики полиомиелита применяют чело­веческий иммуноглобулин.

Общие положения

Определение 1

Размножение – процесс воспроизведения себе подобных организмов, ведущий к увеличению бактериальных клеток в популяции.

Для бактерий характерны следующие виды размножения:

• бинарное деление на две части - деление происходит симметрично относительно поперечной и продольной оси, образуются одинаковые дочерние клетки
• почкование - вариант бинарного деления, образующаяся на одном из полюсов почка растет до размеров материнской клетки и отделяется; симметрия присутствует только относительно продольной оси
• множественное деление - клетка претерпевает ряд последовательных быстрых бинарных делений внутри фибриллярного слоя материнской клетки, что приводит к образованию баеоцитов – мелких клеток, количество которых колеблется от 4 до 1000, в результате разрыва клеточной стенки материнского организма баеоциты выходят наружу;
• размножение спорами ;
• путем фрагментации клеток , имеющих нитевидную форму;
• конъюгация (половой процесс, обмен клетками генетическим материалом);
• трансформация (перенос «голой» ДНК);
• трансдукция (перенос генетической информации при помощи бактериофагов).

Репликация бактериальной хромосомной ДНК

Репликация хромосомы в бактериальной клетке происходит по полуконсервативному типу, что приводит к удвоению ДНК нуклеоида – бактериального ядра. При этом типе репликации двухспиральная молекула ДНК раскрывается, а каждая отдельная нить ДНК достраивается комплементарной нитью.

Процесс репликации ДНК происходит от начальной точки ori и катализируется ДНК-полимеразами. В области ori хромосома клетки бактерии связана с цитоплазматической мембраной. В первую очередь происходит деспирализация (раскручивание) двойной цепи ДНК. Образуется репликативная вилка, представленная двумя разветвленными цепями. Одна цепь, достраиваясь связывает нуклеотиды от 5 - к 3 -концу, а у второй достраивание происходит посегментно.

Репликация ДНК включает следующие этапы:

• инициация;
• элонгация (рост цепи);
• терминация.

В результате репликации образуются две хромосомы, которые прикрепляются к цитоплазматической мембране или ее производным, и удаляются друг от друга мере увеличения клетки. После образования перегородки ил перетяжки деления происходит окончательное разъединение хромосом. Перегородки деления разрушают аутолитические ферменты.

Размножение бактерий в жидкой питательной среде

Замечание 1

Если бактерии засеяны в определенный объем питательной среды, то размножаясь и потребляя питательные вещества, они ведут к истощению этой среды, что, в свою очередь, приводит к прекращению роста микроорганизмов.

Культивирование микроорганизмов в такой системе является периодическим культивированием, а культуру бактерий называют непрерывной культурой.

Рост культуры на жидкой питательной среде может быть:

• придонным:
• диффузным;
• поверхностным.

Рост периодической культуры можно разделить на несколько фаз. Эти фазы можно показать в виде отрезков кривой размножения микроорганизмов (рисунок 1).

• Лаг-фаза. Период между посевом бактерий и началом процесса размножения. Длится $4-5$часов.Микроорганизмы увеличиваются в объеме и готовятся к делению. Увеличивается количество белка, нуклеиновых кислот и других соединений.
• Фаза логарифмического роста . Период интенсивного деления клеток. Продолжительность $5-6$ часов. Клетки бактерий наиболее чувствительны.
• Фаза стационарного роста (максимальной концентрации бактерий). Количество жизнеспособный клеток постоянно, наблюдается М-концентрация (максимальная концентрация). Продолжительность фазы зависит от вида и особенностей бактерий, культивирования.
• Фаза гибели бактерий . В условиях истощения питательной среды, а также накопления продуктов метаболизма происходит отмирание бактерий.

Продолжительность от $10$ часов до нескольких недель.

Размножение бактерий на плотной питательной среде

При росте на плотных питательных средах бактерии формируют изолированные колонии с ровными или неровными краями округлой формы, разного цвета и консистенции. Цвет питательной среды зависит от пигмента бактерии. Среди микроорганизмов наиболее распространенными пигментами являются каротины, меланины, ксантофиллы. Многие пигменты обладают антибиотикоподобным, антимикробным действием.

Замечание 2

Форма, цвет, вид колоний на плотных питательных средах учитываются при идентификации микроорганизмов, отборе колоний для создания чистых культур.