«Антогонизм бактерии и антибиотики»

Дата: 26.10.2018

Все микррорганизмы существуют друг с другом в тесных взаимоотношениях в виде сосуществования и антогонизма. Все формы взаимоотношения между микроорганизмами делятся на:

1. метабиоз

2. симбиоз (синергизм, сателизм)

3. антогонизм (паразитизм, хищничество)

При метабиозе продукты метаболизма одного вида микроба, содержащих большое количество питательных веществ используется в качестве питательного субстрата другими микроорганизмами. При симбиозе несколько микроорганизмов создают себе взаимовыгодные условия существования (анэробы выделяют кислород, используемый другими аэробами). При синергизме продукты жизнедеятельности одного микроорганизма усиливают физиологические функции другого микроорганизма (дрожжи и молочно-кислые бактерии). При сателизме один вид микроорганизма стимулирует рост другого вида микроорганизма (дрожжи и сарцины продуцируют аминокислоты и витамины, используемые другими микроорганизмами). При антогонизме один вид микроорганизма угнетает или подавляет другие микроорганизмы. Микробы живущие за счет ресурсов хозяина, используя его клеточные питательные вещества, называются паразитами. При этом хозяину нет никакой выгоды от данного микроба (бактериофаги живущие за счет питательных веществ микробной клетки). Поглощение одних микробов другими в качестве питательного субстрата называется хищничеством (миксобактерии или миксомицеты).    

Антогонизм проявляется по разному и зависит от наследственных особенностей микроба, от условий культивирования и экологических факторов.  Различают активный и пассивный антогонизм. При активном антогонизме микробы-антогонисты  продуцируют вещества химической природы в виде антибиотиков (щелочи, кислоты, спирты, бактериоцины, гидролитические экзоферменты, пиоцианин синегной ной палочки). Прявлением активного антогонизма является и насильственный антогонизм, когда при недостатке питательных веществ микробы живущие при обычных условиях мирно, начинают продуцировать протеолитические ферменты и начинают переваривать других микробов. Пассивный антогонизм проявляется при совместном культивировании различных микроорганизмов на одной питательной среде, при этом у них разная потребность в питательных веществах и различная скорость роста ( при культивировании актиномицетов и бактерии на одной питательной среде бактерии растут быстро, активно поглощая питательные вещества, тогда как актиномицеты сос воим низким метаболизмом погибают). Другими словами, при недостатке питательных веществ в окружающей среде выживает микроб скорость роста которого выше, чем у остальных. Явление антогонизма микробов нашло широкое применение в практике производства антибиотиков. Антибиотики – это продукты метаболизма микроорганизмов , избирательно воздействующих на микробные клетки (лизоцим, интерферон, фитонциды). Высокая избирательная биологическая активность в отношении болезнетворных микробов позволила использовать их для уничтожения возбудителей болезни или хотя бы заметного подавления их жизнедеятельности.

На сегодняшний день существует 5 классификации антибиотиков:

1. по происхождению

2. по химической структуре

3. по типу действия

4. по механизму действия

5. по спектру действия.

По происхождению различают: антибиотики, образуемые грибами (пенициллины и цефалоспорины); антибиотики, образуемые актиномицетами (аминогликозиды, левомицетин, тетрациклин, макролиды); антибиотики, образуемые бактериями ( грамицидин, полимиксин). По химической структуре различают 6 групп; β-лактамные антибиотики с β- лактамным кольцом; ароматические соединения; тетрациклины (имеют 4 конденсированных цикла); аминогликозиды с гликозидной связью; макролиды; ациклические антибиотики. По типу действия на микроорганизм различают: бактериостатическое действие, когда антибиотик оказывает на бактерию тормозящее его рост и развитие эффект и бактериоцидное действие, когда антибиотик приводит к гибели микроба. По механизму действия различают: антибиотики разрушающие синтез клеточной стенки и тем самым вызывающие гибель бактерии (пенициллины, цефалоспорины, лизоцим); антибиотики, нарушающие целостность клеточных мембран (полиеновые антибиотики, полимиксин); антибиотики, нарушающие синтез белка на рибосомах (аминогликозиды, тетрациклины, макролиды); антибиотики, ингибирующие синтез нуклеиновых кислот. По спектру действия различают антибиотики узкого и широкого спектра действия. Выбор лекарственных препаратов для рутинного определения антибиотикограммы осуществляют с учетом спектра антимикробной активности, фармакокинетики, токсичности, эффективности, доступности, а также стоимости как для больного, так и для общества. Среди множества антибактериальных агентов, которые могли бы использоваться для лечения больного, инфицированного одним из патогенных микроорганизмов, лишь ограниченное число скрупулезно отобранных антибиотиков следует включать в перечень препаратов для определения чувствительности.

Условно, имеющиися набор антибиотиков необходимо поделить на 2 группы: препараты, чувствительность микроорганизмов к которым нужно определять в первую очередь и преператы, чувствительность к которым определяют по запросу лечащего врача. Препараты первой группы необходимо применять в отношении каждого выделенного штамма микроорганизма, а препараты 2 группы применяют в случаях если возбудитель резистентен к антибиотикам первого выбора, либо в случае аллергии у пациента или невозможности получения препарата. Практические бактериологические лаборатории в своей рутинной работе часто используют качественный дискодиффузионный метод определения чувствительности бактерии к антибиотикам. Этот метод непригоден для прихотливых микробов, так как они не растут на среде АГВ. Для постановки этого метода используется среда АГВ и коммерческие антибиотиковые диски.

Коммерческие диски представляют собой стерильные бумажные диски, пропитанные известным количеством антибиотика. Они предназначены только для диагностических бактериологических целей. Антибиотиковые диски помещены в стерильные емкости с силикогелем для влагоулавливания. Их необходимо хранить в холодильнике и беречь от влагопропитывания. Необходимо быть осторожными с открытыми флаконами, поскольку при негерметичном их закрытии из холодильника может насасываться влага, уменьшающая их активность. Для боле достоверного результата культура на поверхность среды АГВ должна наноситься в количестве 5х107 микробных клеток на миллилитр по 1,3мл на одну чашку с АГВ. Для получения такого количества культуры необходимо сначала сделать физиологическим раствором смыв с косяка питательного агара с культурой. Количество бактерии в смывной жидкости будет приблизительно 1011 микробных клеток на миллилитр. Поскольку для работы нужна концентрация микробов 5х107, применяют стандарт мутности из хлорида бария в 5 единиц, что соответствует 5х108 микробных клеток на миллилитр. Доведя мутность исследуемой культуры до мутности стандарта надо взять из нее 0,9 мл культуры и добавить к ней 1,8 мл физиологического раствора и таким образом получить необходимую концентрацию культуры бактерии  107. Нанеся 1,3 мл исследуемой культуры на АГВ путем покачивания чашки нужно распределить эту культуру по поверхности равномерно, затем слегка прикрыв чашку крышкой дать подсохнуть культуре (10-15 минут) и наносить диски с антибиотиками стерильным пинцетом, касаясь среды сначала ребром диска, а затем укладывая его плашмя, чуть придавив пинцетом сверху. На чашку Петри классического диаметра (8см)  нужно наложить 6 дисков, на расстоянии 2,5см друг от друга и на таком же расстоянии от края чашки. При дальнейшем термостатировании происходит диффузное распределение  антибиотика вокруг и если культура микроба будет к нему чувствительна, то она не будет расти в зоне распространения антибиотика, а если  культура микроба устойчива к антибиотику, то все пространство вокруг антибиотикового диска будет заросшее культурой.  Степень чувствительности бактерии к антибиотикам определяют путем замера линейкой диаметра зоны задержки роста бактерии вокруг диска и  сравнения с цифровыми значениями, которые соответствуют 3 заключениям: устойчивый, умеренно-чувствительный и чувствительный. При отсутствии диска с антибиотиком, но наличии его во флаконе проводят  определение чувствительности микроба к антибиотикам количественным методом серииных разведений антибиотика в бульоне. Достоинством этого метода является определение не только группы чувствительности, но и минимальной подавляющей концентрации препарата.  Этот метод имеет и свои недостатки: метод трудоемкий и по нему нельзя определять чувствительность прихотливых микроорганизмов, поскольку учет результатов идет по прозрачности питательной среды, то невозможно вносить в нее добавки необходимые для роста прихотливых микробов. Метод основан на сериином разведении антибиотиков в жидкой питательной среде, куда потом вносится и исследуемая культура.Необходимо отметить, что в настоящее время проблемой  медицины в целом является все более набирающая обороты полирезистентность микробов к антибиотикам. Это происходит за счет процесса передачи микробами друг другу устойчивых свойств к тому или иному антибиотику. С другой стороны, микробы в силу своей изменчивости приспособились выделять ферменты, разрушающие антибиотики, как например,  стафилококки, за более чем 70 с лишним лет с момента начала применения пенициллина приспособившиеся выделять фермент пенициллиназу, ингибирующее действие пенициллина. Как ни странно, в проблему полиресистентности внесло свой вклад и безалаберность людей в отношении приема  антибиотиков, такие как прием антибиотиков без назначения врача и без учета определения чувствительности микроорганизма к антибиотикам,  частая смена антибиотиков. Поэтому, несмотря на то что на сегодняшний день известно более чем 3000 видов антибиотиков, ученые вынуждены придумывать новые виды, более эффективные в отношении бактерии.

 

Автор: Ералиева Гулмира Абдижалеловна

Баклаборант Жалагашского районного

отделения Кызылординского филиала

РГП на ПХВ «Национальный Центр Экспертизы»

26.10.2018г

 

 

Генетика бактерии.

Генетика – наука изучающая законы изменчивости и наследственности живых организмов. Это сравнительно молодая наука, поскольку возникла в начале ⅩⅩ столетия. В становлении генетики различают 2 периода:

1 до 40-ых годов ⅩⅩвека – классическая генетика. Этот период характеризуется больше описанием и статистическим учетом исследований, которые проводились на крупных обьектах (мушки дрозофиллы, горох и др)

2с 40-ых годов и по настоящее время молекулярная генетика, характеризующаяся проведением исследований касающихся клеточного и субклеточного уровня микробов. Именно в этом периоде была описана тонкая структура гена, механизмы наследственности и изменчивости.

Существует несколько разновидности генетики: генетика растений, генетика животных, генетика человека или медицинская генетика, генетикамикроорганизмов. Известно, что вся наследственная информация сосредоточена в ядерном аппарате, а точнее в хромосоме или ДНК. Хромосома представляет собой замкнутую кольцевидную структуру, она отвечает за биологические свойства клетки или иначе, это геном клетки. Каждый участок кольца хромосомы, называемый геномом или геном, отвечает за определенные свойства клетки. ДНК или хромомсома состоит из 2-х слойнных нитей, обернутых каждая вокруг другой в спираль и поэтому получается двойная спираль. ДНК состоит из 4 нуклеиновых оснований: 2 пуриновых – это аденин и гуанин;  2 пиримидиновых оснований: цитозин и тимин. На каждой нитке хромосомы основания расположены триплетами, то есть по 3: тимин-аденин-цитозин; гуанин-цитозин-тимин.  Триплеты соединяются между собой сахаром рибозой и остатком фосфорной кислоты. Две нити между собой специфически спарены или комплементарны. Одна нитка – это зеркальное отображение второй. Каждый триплет отвечает за синтез микробной клеткой одной аминокислоты. Например: тимин-адение-цитозин отвечает за выработку метионона, а гуанин-цитозин-аденин за выработку аргинина. При этом аденину всегда соответствует тимин, а гуанину цитозин. Хромосома выполняет следующие функции:

—кодирующая: в хромосоме закодирована информация о синтезируемых микробной клеткой белках

—контролирующая: хромосома руководит синтезом белка в рибосомах, при этом сама не участвуя в синтезе. При раскручивании хромосомы на две нити, одна нить покидает ядро и идет к рибосоме, где и фиксируется, эта нить называется И-РНК (информационная РНК). Она содержит информацию характерную для бактериальной хромосомы. Затем на И-РНК как на матрице строятся все специфические белки клетки. А вторая нитка ДНК восстанавливается, при этом строится вторая нитка за счет реакции физколлоидной  реакции полимеризации. Известно, что белок состоит из аминокислот, источником которых для микробных клеток служат питательные среды. Аминокислоты в рибосому приносит транспортная РНК (Т-РНК). Они образуются при раскручивании хромосомы. Т-РНК переносит аминокислоты в рибосому и встраивает их согласно записи И-РНК. Как например: Т-РНК с метионином приносит к участку ТАЦ, а аргинин приносит к участку ГЦА. Поэтому синтез белка в микробной клетке идет в рибосоме с участием И-РНК и Т-РНК.

—репликационная функция:  удвоение в период размножения клетки, когда в зрелой клетке хромосома раскручивается на две нити и возле каждой нити строится комплементарная нить, при этом образуются две хромосомы. Это диплоидное состояние микробной клетки, когда клетка делится на две особи с одинаковыми хромосомами. При этом дочерние клетки приобретают свойства материнской клетки. Наследственность имеет консервативное значение, так как обуславливает постоянные свойства. Для бактерии характерна и изменчивость, представленной видоизмененными биологическими свойствами микробной клетки под действием факторов внешней или внутренней среды, носящие постоянный или непостоянный характер. Изменчивость бывает двух видов:

1 наследственная или генетическая изменчивость проявляющаяся на генетическом уровне и прередающаяся по наследству. Различают два ее вида: мутации и рекомбинации. В свою очередь рекомбинации подразделяется на 3 вида:

—трансформация

—трансдукция

—коньюгация

При трансформации бактериальная клетка – реципиент встраивает в свою ДНК участок «блуждающей»  ДНК другой клетки. При этом «блуждающая» ДНК возникает вследствие разрушения бактериальной клетки. Как например, доказано, что устойчивость микобактерии туберкулеза к рифампицину доказана тем, что другая микобактерия не имеющая такую устойчивость к рицампицину, распознав участок «блуждающей»  ДНК с закодированной устойчивостью к рифампицину встраивает его в свой участок и тем самым передает ее по наследству. Трансформация возможна между клетками близкородственных видов. Трансформация происходит на определенной стадии развития клетки: в конце фазы логарифмического роста бактерии. Суть трансдукции заключается в том, что носителем дополнительной генетической информации является бактериофаг, при этом принимает участие микробная клетка-реципиент, а бактериофаг – носитель ДНК. При этом бактериофаг впрыскивает свой ДНК в ДНК микробной клетки и таким образом бактериофаг паразитирует на микробной клетке, а бактериальная клетка приобретает новые свойства. Как например тох-ген дифтерийной палочки при заражении фагом приобретает новые токсигенные свойства и холерный вибрион тоже может таким образом приобретать токсигенные свойства. Коньюгация – это прямое половое скрещивание бактерии при котором происходит обмен генетическим материалом между двумя жизнеспособными бактериальными клетками. При этом пол у бактерии определяется наличием Ғ-плазмиды (фактор фертильности или плодовитости). Ғ-фактор является медиатором переноса хромосомы, он является дополнительным хромомсомным материалом, он может распологаться автономно в протоплазме или под действием случайных спонтанных мутации внедриться в хромосому и существовать в интегрированном состоянии. Бактериальная клетка с Ғ-плазмидой представляет собой мужскую особь, а микробная клетка не обладающая этой плазмидой представляет женскую особь. При коньюгации происходит сближение двух бактериальных клеток, при котором между ними формируется коньюгационный мостик, роль которого играют sex-пили (микротрубочки) через которые передается генетический материал. При этом происходит горизонтальная передача материала между бактериями разных видов и родов имеющих сходство (шигеллы и эшерихии).  

Конююгация возможна между разными семействами. При коньюгационной передаче возможен перенос R-плазмиды, обеспечивающей множественную лекарственную устойчивость, она может быть встроена в ДНК и бактерия соединяясь с другой бактерией, не обладающей таковой может забрать этот участок и приобрести множественную устойчивость к антибиотикам. В настоящее время далеко шагнувшая вперед генетика широко использует генетические данные микроорганизмов в генной инжененрии , когда ученые производят различные опыты применяя бактериальные гены для встраивания в гены совершенно небактериальной природы, для получения новых свойств продукта. Такие нововведения имеют как свои плюсы так и минусы. Плюсы безусловно касаются таких вновь приобретенных качеств как получение конечных продуктов с более совершенствованными, устойчивымии продуктивными свойствами; а минусы заключаются в том, что существует вероятность встраивания этих видоизмененных генов в структуру ДНК человеческой клетки, а вследствие этого развитие мутации, приводящие в будущем к различным уродствам и вырождению человека как вида. Бактерия в генной инженерии – это потенциальный исходный материал для создания:

—продуцента нужног белка в лабораторных или промышленных масштабах

—активного агента в неком химическом превращении одного соединения в другое, будь то процесс брожения в пищевой промышленности, создание более благоприятных условий для роста растений или утилизация стального лома

—медицински значимого препарата, например для восстановления микрофлоры  ЖКТ

Современная генная инженерия бактерии в основном представляет собой внедрение плазмидного вектора (модифицированной бактериальной плазмиды, содержащей целевой ген и набор других необходимых элементов). Причин по которым производят внедрение гена в состав плазмидного вектора три:

—внедрение плазмидного вектора в бактерию дешевле, чем встраивание его в хромосому

—методология обеспечения стабильности и наследования плазмидного вектора в бактериальной клетке и сама процедура проста в исполнении

—в работе с плазмидными векторами не бывает огрехов.

 

 

Автор: Ералиева Гулмира Абдижалеловна

Баклаборант Жалагашского районного

отделения Кызылординского филиала

РГП на ПХВ «Национальный Центр Экспертизы»

26.10.2018

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Структура бактериальной клетки

 

Бактерии относятся к прокариотам и поэтому имеют довольно простой тип строения, имеется всего одна внутренняя полость с органеллами, ограниченная цитоплазматической мембраной, нет даже ядерной мембраны. Ядро содержит гаплоидный набор генов (одинарный). Ядро бактериальной клетки не содержит мембраны и митотического аппарата, распологается в цитоплазме. В бактериальном ядре содержится ДНК, которая может иметь различную форму в зависимости от условий культивирования бактерии и ее стадии развития: форма грубых скоплений, компактных бус, тяжей. Например, в стадии предшествующей делению клетки имется 2 нуклеоида, а в стадиии логарифмического роста – 4 нуклеоида. В ядерной хромосоме заложены все свойства и жизненно-важные функции клетки. Кроме ДНК в ядре содержатся РНК и белки. Бактериальная цитоплазма представлена сложной коллоидной массой, состоящей на 70-80% из воды, а остальная часть представлена белками, углеводами, липидами, минералами, ферментами, цитоплазматическими  ДНК и РНК. В цитоплазме расположены все клеточные органеллы (рибосомы, полисомы, нуклеоид, лизосомы, включения). Цитоплазма ограничена цитоплазматической мембраной. При старении клетки цитоплазма уплотняется, становится ячейстой, увеличивается количество вакуолей с клеточным соком. В цитоплазме содержатся жизненно-важные и нежизнено-важные органеллы клетки. К жизненно-важным органеллам относятся

—ядро

—цитоплазма

—рибосома

—клеточная стенка

—цитоплазматическая мембрана

Рибосома представлена мелкими частицами в виде зерен, состоящими на 60% из РНК и на 40% из протеина. Рибосомы локализованны в цитоплазме и мембранных структурах. Рибосомы сливаясь между собой образуют полисомы. Рибосомы ответственны за синтез белка. Бактериальная клеточная стенка имеет слоистое строение. Это плотная структура, ее основой служит пептидогликан, представленная одной гигантской молекулой. Пептидогликан состоит из паралалльных полисахаридных гликановых цепей, связанных между собой диаминокислотами. Диаминокислоты определяют таксономию бактерии. Пептидогликан образует жесткую основу клетки. Толщина клеточной стенки у грамотрицательных и грамположительных бактерии различная: у грамположительных она составляет 20-60 нанометров, пептигогликан у них многослойный; у грамотрицательных бактерии   10-20 нанометров, пептигогликан  состоит из 1-2 слоев. По сути этим и обьясняется различие в окраске у грамотрицательных и грамположительных клеток: при окраске по Граму в последовательности генцианвиолет, затем йод, образующийся комплекс генцианвиолет+йод задерживается в многослойном пептидогликане  и в последующем этапе не вымывается спиртом, поэтому при микроскопировании мы видим фиолетовую окраску бактериальной клетки, а у грамотрицательных бактерии данный комплекс обесцвечивается и вымывается спиртом, а клетка после окрашивания фуксином принимает розовую окраску. Помимо этого в клеточной стенке грамположительных бактерии содержится большое количество тейхоевых кислот, которые обеспечивают ее прочность. Клеточная стенка выполняет разделительную функцию, защищая клетку от различных вредных факторов окружающей среды; она принимает участие в росте и делении клетки, обеспечивает форму бактериальной клетке, именно благодаря ей бактерии классифицируются по морфологии  на кокковидные, палочковидные, извитые формы. Бактериальные клетки без клеточной стенки принимают безформенную шаровидную форму. Разрушение клеточной стенки может произойти полностью или частично под действием различных внешних факторов. Бактерии полность лишившиеся клеточной стенки называются протопластами, а частично лишенные клеточной стенки – сферопластами. Эти клетки принимая шаровидную форму могут делиться и синтезировать нуклеиновые  кислоты, но они очень чувствительны к факторам внешней среды (механическим воздействиям, встряхиванию, действию поваренной соли и др). Микробные клетки без клеточной стенки сохранившие свою жизнеспособность называют  L-формами. Угнетение синтеза синтеза клеточной стенки ведет к нарушению координации между ее ростом и делением, поэтому