Особенности морфологии и физиологии микроорганизмов рода Staphylococcus

Введение

Стафилококки и стафилококковые  инфекции на протяжении XX столетия привлекали к себе интенсивное внимание не только медицинских микробиологов, но и широкого круга практических врачей – бактериологов, эпидемиологов и клиницистов. При этом, несмотря на то, что определение «чума XX века», в 50–70-е годы наиболее часто употребляемое применительно к стафилококкам, в настоящее время ассоциируется с иными инфекционными агентами, данная проблема остается одной из наиболее важных и интересных для медицинской науки и практического здравоохранения.

Длительное изучение стафилококков  и вызываемых ими заболеваний  привело к формированию внутри названной  проблемы отдельных направлений, связанных  с изучением таксономии, морфологии и физиологии стафилококков, патогенеза стафилококковых инфекций, их иммунологии, клиники и эпидемиологии. Одним  из наиболее интенсивно развиваемых  направлений стала генетика стафилококков.

За последнее десятилетие  существенные изменения претерпела систематика стафилококков, получены принципиально новые данные о  молекулярных механизмах их патогенности, накоплен иной обширный материал, требующий  освещения и осмысления [1].

Целью данной курсовой работы является рассмотрение рода Staphylococcus, а именно его таксономию, морфологию, физиологию, антигенные и культуральные свойства, первичную идентификацию и выделение на питательных средах, инфекционные заболевания, экологию, применение и распространение в природе.

Поставленная цель достигается  решением следующих задач:

- найти материал соответствующий  теме;

- детально рассмотреть  и изучитьматериал;

- выделить основные особенности;

- раскрыть главные аспекты  данной темы в курсовой работе.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 История изучения  рода Staphylococcus

Гнойно-воспалительные заболевания кожи, мягких тканей и  внутренних органов известны с древнейших времен. В 1878 г. Р. Кох  впервые обнаружил патогенных возбудителей. В 1880 году Л. Пастер выделил этих возбудителей в гное из фурункула и назвал их "пиогенными вибрионами". На основании способности к формированию  кластеров данные микроорганизмы были описаны А. Огстоном в 1883 г. в качестве особенной морфологической группы кокков. В 1884 г. они были изучены и описаны Ф. Розенбахом, используя название (от «staphyle» - гроздь) в таксономическом смысле. Он же дал первую характеристику рода Staphylococcus. Большая заслуга в изучении стафилококковых заболеваний принадлежит отечественным ученым: М. Г. Данилевичу, В. А. Цинзерлингу, В. А. Хрущовой, О. И. Базан, Г. Н. Выгодчикову, Г. Н. Чистовичу, Г. А. Тимофеевой, А. К. Акатову, В. В. Смирновой, Г. А. Самсыгиной [2].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Особенности морфологии и физиологии микроорганизмов

   рода Staphylococcus

 

2.1 Общая характеристика

Бактерии рода Staphylococcus - неподвижные, не образующие спор шаровидные кокки, диаметром 0,5-1,5 микрометров (мкм). Окрашиваются основными анилиновыми красителями, грамположительны; непатогенные стафилококки часто бывают грамотрицательными. Размножаются делением в различных плоскостях. Они располагаются поодиночке либо образуют пары, короткие цепочки или неправильной формы гроздья, отчего и получили свое название ("staphyle " по-гречески означает "виноградная гроздь"). Капсул не образуют, жгутиков не имеют «Приложение А».

2.2 Пищевые  потребности

Стафилококки являются хемоорганотрофами, с окислительным и бродильным типами метаболизма. Они расщепляют многие углеводы в аэробных и анаэробных условиях. Диагностическое значение имеет способность сбраживать глюкозу и маннит в анаэробных условиях. Стафилококки - факультативные анаэробы, но лучше развиваются в аэробных условиях [5].

2.3 Оптимальные  условия культивирования

Хорошо растут на универсальных  питательных средах при температуре 35—40 °С (возможен рост в интервале 6,5—46 °С), оптимум рН 7,0—7,5. Добавление к питательной среде глюкозы или крови ускоряет рост стафилококков. Характерное свойство большинства штаммов — способность расти в присутствии 15 % хлорида натрия или 40 % желчи. На МПА (мясопептонный агар) образуют круглые, слегка возвышающиеся над поверхностью агара колонии с ровными краями диаметром 2—5 мм. Колонии могут быть окрашенными, так как стафилококки вырабатывают нерастворимые в воде пигменты, относящиеся к каротиноидам. Наиболее интенсивно пигменты образуются на агаре с 10 % обезжиренного молока после 24-часовой инкубации при 37 °С и на картофеле при температуре 20—25 °С в аэробных условиях на свету. S.aureus синтезирует золотистый или оранжевый пигмент, встречаются и беспигментные штаммы; S.epidermidis, как правило, синтезирует пигмент белого или желтого цвета; у большинства штаммов S.saprophyticus пигмент отсутствует.

   При росте в МПБ (мясопептонный бульон) стафилококки вначале вызывают диффузное помутнение с последующим выпадением рыхлого хлопьевидного осадка. Характерно растут в столбике желатина. Через 24—26 ч наряду с обильным ростом по уколу намечается начальное разжижение среды, которое затем увеличивается, и к 4—5-му дню по ходу укола образуется воронка, наполненная жидкостью. На кровяном агаре патогенные штаммы стафилококков образуют значительную зону гемолиза [2].

2.4 Устойчивость  во внешней среде

Стафилококки относительно резистентные микроорганизмы. Прямые солнечные лучи убивают их только через несколько часов. В пыли сохраняются 50—100 дней, в высушенном гное — более 200 дней, в бульонной культуре — 3-4 мес, на полужидком агаре — 6 мес. В жидкой среде при 70 °С погибают через 1 ч, при 85 °С — через 30 мин, при 100 °С — за несколько секунд. Из дезинфектантов 1 %-ный раствор формалина и 2 %-ный раствор гидроокиси натрия убивают их в течение 1 ч, 1 %-ный раствор хлорамина — через 2—5 мин. Стафилококки обладают высокой чувствительностью к бриллиантовому зеленому и пиоктанину.

Многие штаммы чувствительны  к бензилпенициллину, полусинтетическим пенициллинам, стрептомицину, левомицетину, тетрациклину, фузидину и другим антибиотикам, а также нитрофурановым препаратам. Однако немало и резистентных к антибиотикам штаммов. Они, как правило, характеризуются множественной лекарственной устойчивостью, которая контролируется R-плазмидой и может распространяться путем трансдукции. Стафилококки, синтезирующие пенициллиназу (бетта-лактамазу), способны разрушать некоторые пенициллины. К сульфаниламидам стафилококки весьма устойчивы [6].

 

2.5 Факторы патогенности

 

Патогенность, понимаемая как  способность микроорганизмов вступать во взаимодействие с восприимчивым  макроорганизмом с развитием  в результате этого инфекционного  процесса (заболевания), является полидетерминантным признаком, обусловленным совокупным действием различных биологических  характеристик инфекта [1].

 

Патогенность как биологический  признак бактерий реализуется через  три свойства: инфекциозность, инвазивность и токсигенность (или токсичность).

Под инфекциозностью (или инфективностью) понимают способность возбудителей проникать в организм и вызывать заболевание, а также «способность микроорганизмов передаваться с помощью одного из механизмов передачи, сохраняя в этой фазе свои патогенные свойства и преодолевая поверхностные барьеры (кожу и слизистые)». Она обусловлена наличием у возбудителей факторов, способствующих их прикреплению к клеткам организма и колонизации [3].

Под инвазивностью понимают способность  возбудителей преодолевать защитные механизмы  организма, размножаться, проникать  в его клетки и распространяться в нем. Это свойство также связано с наличием у патогенных микроорганизмов большой группы факторов патогенности, которые наделяют их способностью к внедрению в клетки и размножению в них; факторов, подавляющих фагоцитоз и препятствующих ему; большой группы ферментов «агрессии и защиты».

Токсигенность бактерий обусловлена  выработкой ими экзотоксинов. Токсичность  обусловлена наличием эндотоксинов. Экзотоксины и эндотоксины обладают своеобразным действием и вызывают глубокие нарушения жизнедеятельности организма.

Инфекциозные, инвазивные (агрессивные) и токсигенные (токсические) свойства относительно слабо связаны друг с другом, они по-разному проявляются  у разных микроорганизмов. Существуют микроорганизмы, у которых на первый план выходят агрессивные (инвазивные) свойства. К ним относится, например, возбудитель чумы. Хотя Y. pestis и образует экзотоксин («мышиный» токсин), однако основными факторами его патогенности служат те, которые подавляют защитные силы организма, обеспечивая быстрое внутриклеточное размножение возбудителя и распространение его по организму [3].

В то же время возбудители столбняка, дифтерии и ботулизма, обладая слабыми инфекциозными свойствами, продуцируют сильнейшие экзотоксины, которые и обусловливают развитие болезни, ее патогенез и клинику.

Следовательно, такое сложное биологическое  свойство, как патогенность, обусловлено  наличием у патогенных бактерий конкретных факторов патогенности, каждый из которых  ответствен за проявление определенных свойств. К ним относятся следующие факторы:

 

1. Факторы адгезии —  прикрепление стафилококков к  клеткам тканей обусловлено их  гидрофобностью (чем она выше, тем  сильнее проявляются адгезивные  свойства), а также адгезивными  свойствами полисахаридов, возможно  также белка  А, и способностью связывать фибронектин (рецептор некоторых клеток).

 

2. Разнообразные ферменты, играющие роль факторов «агрессии  и защиты»: плазмокоагулаза (главный  фактор патогенности), гиалуронидаза,  фибринолизин, ДНК-аза, лизоцимоподобный фермент, лецитиназа, фосфатаза, протеиназа и т. д.

Плазмокоагулаза вызывает свертывание  плазмы крови. Стафилококки, продуцирующие  этот фермент, покрываются фибриновым чехлом, защищающим их от фагоцитоза. Большие концентрации коагулазы, циркулирующие в организме больного, приводят к понижению свертываемости крови, нарушению гемодинамики, прогрессирующему кислородному голоданию тканей.

Гиалуронидаза, субстратом действия которой является гиалуроновая кислота, способствует распространению стафилококков в тканях вследствие нарушения их проницаемости.

Лецитиназа разрушает  лецитин в составе клеточных  мембран лейкоцитов и других клеток, что способствует лейкопении.

Фибринолизин растворяет фибрин, ограничивающий местный воспалительный очаг, чем приводит к генерализации  инфекции. Патогенетические свойства других ферментов стафилококков (нуклеазы, липазы, протеиназы, фосфатазы), часто  сопровождающих коагулазную активность, четко не определены.

Из ферментов, участвующих  в патогенезе стафилококковых инфекций, только коагулаза и частично ДНК-аза  характерны для S. aureus. Другие ферменты непостоянны.

Коагулаза — бактериальная  протеиназа, свертывающая плазму крови животных. Наличие коагулазы является одним из наиболее важных и постоянных критериев патогенности стафилококков.

 

3. Комплекс секретируемых  экзотоксинов:

а) мембраноповреждающие токсины — α (альфа), β(бета), δ(дельта) и γ(гамма). Ранее их описывали как гемолизины, некротоксины, лейкоцидины, летальные токсины, т.е. по характеру их действия: гемолиз эритроцитов, некроз при внутрикожном введении кролику, разрушение лейкоцитов, смерть кролика при внутривенном введении. Однако оказалось, что такой эффект вызывает один и тот же фактор — мембраноповреждающий токсин. Он обладает цитолитическим действием в отношении различных типов клеток, которое проявляется следующим образом. Молекулы этого токсина сначала связываются с неизвестными пока рецепторами мембраны клетки-мишени или неспецифически абсорбируются липидами, содержащимися в мембране, а затем формируют из 7 молекул грибовидный гептамер, состоящий из 3 доменов. Домены, формирующие «шляпку» и «край», расположены на внешней поверхности мембран, а домен «ножки» служит трансмембранным каналом-порой. Через нее и происходит вход и выход небольших молекул и ионов, что ведет к набуханию и гибели клеток, имеющих ядро, и осмотическому лизису эритроцитов.

Эти типы мембраноповреждающих (порообразующих) токсинов: α-, β-, δ- и γ-гемолизины (α-, β-, δ- и γ-токсины), различаются по ряду свойств. Гемолизин α чаще обнаруживается у стафилококков, выделенных от человека, он лизирует эритроциты человека, кроликов и баранов. Летальный эффект у кроликов вызывает при внутривенном введении через 3—5 мин. Гемолизин β обнаруживают чаще у стафилококков животного происхождения, он лизирует человеческие и бараньи эритроциты (лучше при более низкой температуре). Гемолизин δ лизирует эритроциты человека и многих видов животных. Летальное действие на кролика при внутривенном введении вызывает через 16-24-48 ч. Очень часто у стафилококков обнаруживаются α- и δ-токсины одновременно;

б) эксфолиативные токсины  А и В различают по антигенным свойствам, отношению к температуре (А — термостабилен, В — термолабилен), локализации генов, контролирующих их синтез (А контролируется хромосомным  геном, В — плазмидным). Нередко  у одного и того же штамма S. aureus синтезируются оба эксфолиатина. С этими токсинами связана способность стафилококков вызывать пузырчатку у новорожденных, буллезное импетиго, скарлатиноподобную сыпь;