Микробиология – как наука, ее цели и задач

Лекции по микробиологии

 

Тема №1 «Микробиология – как наука, ее цели и задачи. Предмет, цели, задачи санитарной и клинической микробиологии. Значение микробиологии в деятельности врача. Морфология, ультраструктура, функции и химический состав бактериальной клетки. Принципы систематики бактерий. Физиология и биохимия бактерий.

»

Цель:

Основной целью изучения данной темы является формирование у студентов знаний о том, что изучает дисциплина медицинская микробиология; какими пользуется методами исследования и диагностики, профилактики и лечения инфекционных заболеваний.  Формирование у студентов знаний об основных морфологических особенностях эукариот, прокариот, вирусов и их отличиях; сформировать знания об ультраструктуре, функциях и химическом составе бактериальной клетки; показать принципы систематики бактерий; дать понятия о физиологии микроорганизмов, типах их питания, дыхания, особенностях роста и размножения, а также метаболизме бактерий.

 

Тезисы лекций:

Микробиология (micros - малый,  bios - жизнь, logos - учение) - наука, изучающая закономерности жизни и развития мельчайших организмов в их единстве со средой обитания. Микробиология подразделяется на общую и частную. Общая микробиология изучает закономерности строения  и жизнедеятельности микроорганизмов на всех  уровнях - молекулярном, клеточном, популяционном; генетику микробов; взаимоотношения их с окружающей средой. К частным разделам микробиологии относятся: медицинская, ветеринарная, сельскохозяйственная, техническая, морская, космическая, санитарная, клиническая и фармацевтическая.

Медицинская микробиология  изучает патогенные для человека микроорганизмы: бактерии, вирусы, грибы, простейшие; вызываемые ими заболевания; микробиологическую диагностику, специфическую  профилактику и терапию этих заболеваний.

Клиническая микробиология-раздел медицинской  микробиологии, исследующий микробиологические аспекты этиологии, патогенеза, иммунологии оппортунистических микробных заболеваний и разрабатывающий методы их микробиологической диагностики, специфической терапии и профилактики.

Объекты исследования клинической  микробиологии:

• УП для человека микробы и оппортунистические инфекции
• в отдельных случаях свободноживущие и облигатно-патогенные виды микробов
• ятрогенные инфекции ( заражение при получении медицинской помощи)
• нормальная микрофлора, дисбактериоз
• чувствительность микроорганизмов к химиопрепаратам,  антисептикам и дезинфектантам,
• методы клинико-микробиологических исследований.

Санитарная микробиология-наука, изучающая микрофлору окружающей среды  и вызываемые ее жизнедеятельностью процессы, которые могут непосредственно или косвенно оказывать неблагоприятное влияние на людей  и окружающую среду.

 

Патогенные (болезнетворные) бактерии относятся к –надцарству

PROCARIOTAE:

ЦАРСТВА:

• protazoa- простейшие
• eucariotae –эукариоты
• vira-вирусы
• mycota-грибы

Прокариоты:

-фотобактерии (непатогенные)

-скотобактерии (scobes-тьма)-патогенные для человека и животных

3 ОСНОВНЫЕ  ФОРМЫ:

-кокки 

-палочки

-спиралевидные бактерии

 

ОТЛИЧИТЕЛЬНЫЕ СВОЙСТВА КЛЕТОК ПРОКАРИОТ И ЭУКАРИОТ

Признак	Прокариотная клетка	Эукариотная клетка
Средний размер	1-10 мкм	10-100 мкм
Ядерная мембрана	Отсутствует	Имеется
Хромосома	Одна	Несколько
Гистоны	Отсутствуют	Имеются
Тип деления	Бинарный	Митотический
Специализированные мембранные структуры	Отсутствуют	Имеются
Клеточная стенка	Образована пептидогиканами	Содержит хитин или  целлюлозу
Стероиды клеточной  стенки	Отсутствуют	Имеются
Рибосомы	70S	80S
Анаэробное дыхание	Возможно	Обычно отсутствует
Тканевая дифференцировка	Отсутствует	Обычно имеется
Фиксация азота	Возможна	Невозможна

Основные компоненты бактериальной клетки:

- клеточная стенка

-цитоплазма

-цитоплазматическая  мембрана

-нуклеоид

Дополнительные компоненты бактериальной клетки:

-капсула

-споры

-жгутики

-реснички

Предмет физиологии бактерий - исследования функций, то есть всех физиологических  и биологических процессов, происходящих в бактериальной клетке, а также  физических, химических и биологических  превращений, вызываемых микроорганизмом окружающий среде.

        Основной изучения физиологии  бактерий является исследование  химического состава этих микроорганизмов.  Для роста и размножения микроорганизмов  необходимы источники питания.  Питание обеспечивает бактериальную  клетку пластическим материалом для самовоспроизведения и энергией.

Механизмы питания:

1. Пассивная диффузия
2. Облегченная диффузия
3. Активный перенос
4. Транслокация радикалов

Сущность процесса дыхания  бактерий заключается в протекании биохимических реакций, в результате которых образуется АТФ, являющаяся  универсальным переносчиком химической энергии между взаимно противоположными процессами выделения и потребления энергии.

Существуют:

• Облигатные аэробы
• Облигатные анаэробы
• Факультативные анаэробы
• Микроаэрофилы (рост при повышенном содержании углекислого газа и низком содержании кислорода)
• Аэротолерантные (выживают, но не растут в течение короткого периода времени в присутствии атмосферного кислорода).

Ферменты бактерий.

По локализации:

• экзоферменты (выделяются в окружающую среду)
• эндоферменты (локализуются в клетке)

Конститутивные - синтезируются в клетке без наличия определенного субстрата.

Индуцибильные – концентрация их возрастает при наличии определенного субстрата.

Одним из методов  лабораторной диагностики инфекционных заболеваний является  бактериологический. Его целью является идентификация - определение вида микроорганизма. Для этого проводится выделение чистой культуры бактерий (чистая культура - бактерии одного вида).

Вид - это совокупность микроорганизмов, имеющих единое происхождение и генотип, сходных по своим биологическим признакам и обладающих  наследственно закрепленной способностью вызывать в стандартных условиях качественно определенные процессы. Для установления вида микроба изучаются его биологические свойства - морфология, тинкториальные, культуральные, биохимические свойства, антигенная структура и т.д.

Культивирование микроорганизмов - это  создание оптимальных условий для  роста и размножения микроорганизмов. Культуральные свойства бактерий определяются на плотных и жидких питательных средах.

Условия культивирования бактерий:

-питательная среда

-оптимальная температура

-аэробные или анаэробные условия

-время культивирования

В зависимости от температуры культивирования, микроорганизмы делятся на:

- психрофилы - растут при температуре 6-10ºС

- мезофилы - 34-37ºС

- термофилы - при высокой температуре.

Время культивирования - чаще всего 18-24 часа, но может быть 2-60 суток.

Рост – координированное воспроизведение всех клеточных  компонентов и структур, ведущее  к увеличению массы клетки.

Размножение – увеличение числа клеток в популяции.

Фазы размножения:

1. Исходная (не изменяется)
2. Задержки размножения (приспособление)
3. Экспоненциальная (логарифмическая)
4. Отрицательного ускорения (истощение)
5. Стационарная (равновесие)
6. Ускоренной гибели
7. Логарифмической гибели
8. Уменьшения скорости отмирания

 

Тема №2 «Генетика микроорганизмов. Генетический контроль факторов патогенности и токсигенности. Экология микроорганизмов. Микрофлора организма человека. Дисбактериоз. Микрофлора почвы, воды, воздуха. Санитарно-показательные микроорганизмы.

 

Цель:

Основной целью изучения данной темы является формирование у студентов знаний о наследственном аппарате микроорганизмов, дать определения основным понятиям, дать представления об изменчивости бактериальной клетки, принципах генотипирования и генной инженерии, их значении в диагностике заболеваний микробной этиологии и их профилактике. Формирование у студентов знаний об экологии микроорганизмов, их распространенности, значении в возникновении инфекционных заболеваний; дать понятия о биоценозах и взаимоотношениях микробов в них; дать понятие о санитарной микробиологии, ее основных показателях и их значениив деятельности врача общего профиля.

 

Тезисы лекции:

Генетика – это  наука о наследственности и изменчивости. 
Ген – это фрагмент молекулы ДНК, контролирующий синтез одного белка.  
Вся сумма генов микроба называется генотип. Наследственность – воспроизведение у потомков признаков предков.

Генотип микроба обозначается на генетической карте строчными  буквами: lac,  sac, col.

Вся сумма внешних  признаков микроба (морфологических, метаболических процессов у разных видов бактерий, связанных с воздействием окружающей среды – фенотип.

Фенотипические признаки обозначаются заглавными буквами Lac, Sac, Col.

Фенотипические изменения какого-либо признака или нескольких признаков микроорганизма называют модификациями. Они не сопровождаются изменениями первичной структуры ДНК и вскоре утрачиваются. Возникают как адаптивные реакции микробных клеток на изменяющиеся условия окружающей среды.

Мутация - изменения в  первичной структуре ДНК, выражающиеся в наследственно закрепленной утрате или изменении какого-либо признака.

Все мутации происходят в результате ошибок синтеза молекулы ДНК

-Делеция – выпадение (гена или его участка)

-Инверсия – поворот участка ДНК на 180 ⁰

-Дупликация – повторениеопределенного участка ДНК или гена

-Трансформация – перемешивание генов

Генетические рекомбинации – обмен генами между бактериями, в котором  участвует  2 клетки: донор (отдающий) и реципиент (принимающий).

-Конъюгация – через половые пили генетический материал передается в другую бактериальную клетку и встраивается в ее хромосому

-Трансформация – передача генетического материала от донора к реципиенту при помощи изолированной ДНК

-Трансдукция - передача генетического материала от донора к реципиенту при помощи умеренного фага (неспецифическая, специфическая, абортивная)

Становление нового научного направления в области биологии - генетической инженерии, конструирование invitro функционально активных генетических структур - рекомбинантных ДНК, модифицирование природного генотипа родительской клетки с соответствующим изменением фенотипических свойств последней, создание первой рекомбинантной ДНК, состоящей из фрагмента ДНК вируса ОВ 40 и бактериофага лямбда dvgal с галактозным опероном Е. coli (Берг, 1972) явилось началом нетрадиционной биотехнологии - молекулярной биотехнологии, биотехнологии рекомбинантных ДНК. Поэтому нужно признать, что генетическая инженерия как ядро новой биотехнологии является прямым потомком молекулярной генетики, молекулярной биологии; а у традиционной биотехнологии - основа микробиология, микробиологическое производство.

Конечно же, в определении  биотехнологии как научной дисциплины, ее задачах и целях могут быть отраслевые оттенки (сельскохозяйственная биотехнология, ветеринарная биотехнология, медицинская биотехнология, экологическая биотехнология, промышленная биотехнология и другие направления).

Разработка новых антибиотиков, особенно природного происхождения и сегодня остается первостепенной задачей для практического здравоохранения, а также для ветеринарной и пищевой промышленности. По-сути, антибиотики являются самым большим классом по объему биотехнологического производства и потребления фармпрепаратом

Востребованы в современной  медицине гормональные препараты (инсулин, соматотропин и др.), биологически активные вещества (интерлейкины, интерферо- ны, активатор плазминогена крови, антигемофильный фактор и др.), генно-инженерные вакцины (субъединич- ные, пептидные, «векторные»), диагностикумы на основе моноклональных антител, тест-системы для детекции нуклеиновых кислот и др.

Расширяется производство и использование фитопрепаратов (алкалоиды, гликозиды, стероиды, эфирные масла и др.), ферментов микробного происхождения (стреп- токиназа, урокиназа, супероксиддисмутаза; различные амилазы и протеазы), полидекстранов.

Нуклеоид – кольцевая  двухнитчатая молекула ДНК, расположенная  в цитоплазме, содержит жизненноважную генетическую информацию бактерии. Это прототип ядра эукариот, но не ограниченный ядерной мембраной.

Плазмиды– внехромосомный фактор наследственности.

Экологическая микробиология - это наука важнейшим объектом изучения которой является микробиоценоз, т.е. сообщества микроорганизмов в естественных средах (почве, воде, воздухе, организме человека), образующих= экологические связи как между собой, так и с совместно обитающими растениями, животными и человеком, а также с абиогенными факторами окружающей среды.

     Межвидовые  соотношения популяций,  обитающих в одном биотопе, сложны, многообразны и динамичны. Различают следующие формы:

• нейтрализм - популяции не оказывают ни стимулирующего, ни подавляющего действия;
• симбиоз - популяции извлекают для себя пользу, степень взаимозависимости варьирует от слабой (сотрудничество) до полной (мутуализм);
• мутуализм - симбионты дополняют жизненные функции друг друга;
• комменсализм - "нахлебничество", при котором микроорганизмы питаются остатками пищи хозяина, которые в его рационе не имеют значения.
• конкуренция (антагонизм) - подавление жизнедеятельности одной  популяции другой.
• паразитизм - межвидовая связь, при которой одна популяция (паразит), извлекает для себя пользу, нанося вред другой популяции (хозяина).