Иммунология

В соответствии с этими задачами биотехнология как единая область знания подразделяется на медицинскую, сельскохозяйственную, промышленную и экологическую. Медицинская биотехнология решает следующие задачи:
а) создание профилактических, диагностических и лечебных препаратов на основе современных экономичных и эффективных технологий с использованием биообъектов (микробные, растительные и животные клетки, органы животных, растения) и продуктов их жизнедеятельности (первичные и вторичные метаболиты). Это прежде всего создание и производство антибиотиков, вакцин, витаминов, гормонов, иммуномодуляторов, антигенов, антител, нуклеиновых кислот, диагностических систем, иммуноком-петентных клеток, препаратов крови и др.;
б) разработка и использование в практике новых приборов, аппаратуры, а также материалов, восполняющих дефекты в работе отдельных органов и тканей человека. В качестве примера можно привести создание искусственной кожи из культуры клеток эпидермиса для восполнения дефектов при ожогах; создание искусственной почки, сердца и других органов; восстановление работы иммунной системы с помощью пересадки иммунокомпетент-ных клеток и т.д.;
в) разработка на основе знаний о геноме человека проблем генодиагностики, генотерапии и генопрофилактики наследственных и других заболеваний путем пересадки генов;
г) создание принципиально новых методов для проведения лабораторных и клинических анализов с помощью биосенсоров. Принцип работы биосенсоров сводится к регистрации точными и чувствительными приборами (детекторами) физических, химических и биологических эффектов взаимодействия биореагентов (например, ферментов, антител, антигенов) с клетками или молекулами-мишенями, т.е. с определяемым детектируемым веществом. Например, взаимодействие антигенов со специфическими антителами может сопровождаться экзотермической реакцией, которая улавливается точными приборами, и по силе этой реакции можно судить о количественных характеристиках ее компонентов.

Биотехнология (от греч. bios — жизнь, tecen — искусство, logos — наука) — это область знаний, которая на основе изучения биологических процессов, протекающих в живых организмах и системах, использует эти процессы, а также сами биообъекты (главным образом бактерии, вирусы, грибы, растительные и животные клетки) для получения в промышленных условиях необходимых ценных для человека продуктов или создания процессов и материалов, ранее не встречавшихся в природе.
Биотехнология — это наиболее быстро развивающаяся наука, которая на ближайшие десятилетия будет определять уровень научно-технического прогресса всего человечества. Связано это с тем, что она решает такие важные проблемы, как: создание принципиально новых эффективных и экономичных технологий получения необходимых в жизни человека веществ и материалов, в том числе медикаментозных средств; создание новых сложных материалов; осуществление процессов, ранее неизвестных в природе; поиски оригинальных путей решения экологической безопасности на планете и новых источников энергии; повышение продуктивности сельскохозяйственных растений и животных и т.д.

Полимеразная цепная реакция (ПЦР) позволяет обнаружить микроб в исследуемом материале (воде, продуктах, материале от больного) по наличию в последнем ДНК микроба без выделения этого микроба в чистую культуру.
Для осуществления этой реакции из исследуемого материала выделяют ДНК, а наличие возбудителя определяют по обнаружению в выделенной ДНК специфичного для искомого микроба гена. Для обнаружения гена его накапливают. Для этого необходимо иметь праймеры, комплементарные З'-концам ДНК искомого гена. Накопление (амплификация) гена осуществляется следующим образом. Выделенную из исследуемого материала ДНК нагревают. При этом ДНК распадается на две нити. Добавляют праймеры, затем смесь ДНК и праймеров охлаждают. При этом праймеры при наличии в смеси ДНК искомого гена связываются с его комплементарными участками. Добавляют ДНК-полимеразу и нуклеотиды. При температуре, оптимальной для функционирования ДНК-полимеразы, нуклеотиды присоединяются к 3 концам праймеров, в результате чего синтезируются две копии гена. После этого цикл повторяют снова, при этом количество ДНК гена будет увеличиваться каждый раз в 2 раза. Реакцию проводят в специальных приборах — амплификаторах. ПЦР применяют для диагностики вирусных и бактериальных инфекций.

Метод молекулярной гибридизации позволяет выявить степень сходства различных ДНК. Он применяется при идентификации микробов для определения их точного таксономического положения. Метод основан на способности двунитевой ДНК при повышенной температуре (90 °С) в щелочной среде денатурировать, т.е. расплетаться на две нити, а при понижении температуры на 10 °С вновь восстанавливать исходную двунитевую структуру. Метод требует наличия молекулярного радиоактивного зонда. Зондом называется одноцепочечная молекула нуклеиновой кислоты, меченная радионуклидами, с которой сравнивают исследуемую ДНК.
Для проведения молекулярной гибридизации молекулу исследуемой ДНК расплетают, одну нить закрепляют на специальном фильтре, который помещают в раствор, содержащий радиоактивный зонд. Создаются условия, благоприятные образованию двойных спиралей. При наличии комплементарности между зондом и исследуемой ДНК они образуют между собой двойную спираль.

Особенность строения вирусного генома заключается в том, что наследственная информация может быть записана как на ДНК, так и на РНК в зависимости от типа вируса. Мутации у вирусов могут возникать спонтанно, в процессе репликации нуклеиновой кислоты вируса, а также под влиянием тех же внешних факторов, мутагенов, что и у бактерий. Фенотипически мутации вирусного генома проявляются изменениями в антигенной структуре, неспособности вызывать продуктивную инфекцию в чувствительной клетке, чувствительностью продуктивного цикла к температуре, а также изменением формы и размеров бляшек, которые вирусы образуют в культуре клеток под агаровым покрытием.
Свойства вирусов могут изменяться при одновременном заражении несколькими вирусами чувствительной клетки. Причем изменения свойств при таких условиях могут происходить как в результате обмена генетическим материалом, принадлежащим разным вирусам (генетическая рекомбинация и генетическая реактивация), так и в результате процессов, не сопровождавшихся обменом генетического материала (комплементация и фенотипическое смешивание).
Генетическая рекомбинация встречается чаще у ДНК-содер-жащих вирусов. Среди РНК-содержащих вирусов она наблюдается у тех вирусов, которые обладают фрагментированным геномом, например у вируса гриппа. При рекомбинации происходит обмен между гомологичными участками генома.
Генетическая реактивация наблюдается между геномами родственных вирусов, имеющих мутации в разных генах. В результате перераспределения генетического материала формируется полноценный дочерний геном.
Комплементация встречается в том случае, когда один из двух вирусов, инфицирующих клетку, в результате мутации синтезирует нефункциональный белок. Немутантный вирус, синтезируя полноценный белок, восполняет его отсутствие у мутант-ного вируса.
Фенотипическое смешивание наблюдается в том случае, если при смешанном заражении чувствительной клетки двумя вирусами часть потомства приобретает фенотипические признаки, присущие двум вирусам, при сохранении неизменности генотипа.

Трансформация — передача генетической информации через выделенную из клетки-донора ДНК. Процесс трансформации может самопроизвольно происходить в природе у некоторых видов бактерий, чаще грамположительных, когда ДНК, выделенная из погибших клеток, захватывается реципиентными клетками.
Благодаря трансформации в 1944 г. О.Эвери, К.Мак-Леод и К.Маккарти было показано, что ДНК, экстрагированная из инкапсулированных пневмококков, может трансформировать некапсулированные пневмококки в инкапсулированную форму. Таким образом было доказано, что именно ДНК служит носителем генетической информации. В настоящее время этот метод является основным методом генной инженерии, используемым при конструировании рекомбинантных штаммов с заданным геномом.

Трансдукция — передача бактериальной ДНК посредством бактериофага.
Была открыта в 1951 г. Н.Циндером и ДЛедербергом. В процессе репликации фага внутри бактерий фрагмент бактериальной ДНК проникает в фаговую частицу и переносится в бактерию-реципиент во время фаговой инфекции.
Существуют два типа трансдукции: общая и специфическая. Общая трансдукция (неспецифическая) — перенос бактериофагом фрагмента любой части бактериальной хромосомы. Этот процесс происходит вследствие того, что бактериальная ДНК фрагментируется после фаговой инфекции и кусочек бактериальной ДНК того же размера, что и фаговая ДНК, проникает в вирусную частицу с частотой приблизительно 1 на 1000 фаговых частиц. Специфическая трансдукция наблюдается в том случае, когда фаговая ДНК интегрирует в бактериальную с образованием профага. При исключении ДНК фага из бактериальной хромосомы в результате случайного процесса захватывается прилегающий к месту включения фаговой ДНК фрагмент бактериальной хромосомы. Так как большинство умеренных бактериофагов интегрируют в бактериальную ДНК в специфических участках, для таких бактериофагов характерен перенос в клетку-реципиент определенного участка бактериальной ДНК донора.

Передача генетического материала при конъюгации начинается с расщепления ДНК в районе локализации F-фактора. Одна нить донорской ДНК передается через конъ-югационный мостик в клетку-реципиент. Процесс сопровождается достраиванием комплементарной нити до образования двунитевой структуры. Переданная в реципиентную клетку и достроенная до двунитевой структуры, нить ДНК ре комбинирует с гомологичным участком реципиентной ДНК с образованием стабильной генетической структуры.

Конъюгация — передача генетического материала от клетки-донора в клетку-реципиент путем непосредственного контакта клеток.
Конъюгация впервые обнаружена Д.Ледербергом и Э.Тейтумом в 1946 г. Необходимым условием конъюгации является наличие в клетке-доноре трансмиссивной плазмиды. Трансмиссивные плазмиды кодируют половые пили, образующие конъюгационную трубочку между клеткой-донором и клеткой-реципиентом, по которой плазмидная ДНК передается из клетки-донора в клетку-реципиент. В результате такого переноса клетка-реципиент получает донорские свойства. Трансмиссивной и одновременно интегративной плазмидой является фактор плодовитости, F-фактор (от англ. fertility — плодовитость). Клетки-доноры, обладающие F-фактором, обозначаются как F^-клетки, а клетки-реципиенты, не имеющие F-фактор, — F'-клетки. Если фактор встраивается в хромосому клетки-донора и начинает функционировать в виде единого с хромосомой трансмиссивного репликона, то хромосома донора приобретает способность передаваться в клетку-реципиент. Донорские клетки, имеющие встроенный в хромосому F-фактор, называются H/r-клетками (от англ. high frequency recombination — высокая частота рекомбинаций).

Рекомбинация может быть гомологичной, при которой в процессе разрыва и воссоединения ДНК происходит обмен между участками ДНК, обладающими высокой степенью гомологии. Встречается также сайт-специфическая рекомбинация, которая происходит только в определенных участках (сайтах) генома и не требует высокой степени гомологии ДНК, например включение плазмиды в хромосому бактерии. Рекомбинация представляет собой конечный этап процесса передачи и обмена генетического материала между бактериями.
Передача генетического материала между бактериями осуществляется 3 механизмами: конъюгацией, трансдукцией, трансформацией.

Генетическая рекомбинация — это взаимодействие между двумя геномами, т.е. между ДНК, обладающими различными генотипами. Оно приводит к образованию рекомбинаций ДНК, формированию дочернего генома, сочетающего гены обоих родителей.
Отсутствие истинного полового процесса и мейоза у прокариот, а также гаплоидный набор генов определяют особенность рекомбинации у бактерий. В процессе рекомбинации бактерии условно делятся на клетки-доноры, которые передают генетический материал, и клетки-реципиенты, которые этот материал воспринимают. В клетку-реципиент проникает не вся, а только часть хромосомы клетки-донора, т.е. один или несколько генов. Образуется только один рекомбинант, генотип которого представлен в основном генотипом реципиента с включением фрагментов хромосомы (одного или нескольких генов) донора.

Мутации — это изменения в последовательности отдельных нуклеотидов ДНК, которые приводят к появлению дефектных, т.е. не свойственных микробу белков или к отсутствию их синтеза.
Фенотипическим проявлением мутации могут быть: изменение морфологии бактериальной клетки, возникновение потребностей в факторах роста (например, в аминокислотах, витаминах), т.е. ауксотрофность; появление устойчивости к антибиотикам; изменение чувствительности к температуре; снижение вирулентности (аттенуация).
Мутации могут быть спонтанными, т.е. возникающими самопроизвольно, без воздействия извне, и индуцированными. Спонтанные мутации появляются в результате ошибок репликации ДНК и вследствие перемещения подвижных генетических элементов в процессе роста и размножения популяции бактерий.
Индуцированные мутации возникают под влиянием внешних факторов, которые называются мутагенами. Мутагены бывают физическими (УФ-лучи, у-радиация), химическими (аналоги пуриновых и пиримидиновых оснований, например, 2-амино-пурин, азотистая кислота и ее аналоги и др.) и биологическими (транспозоны).
По протяженности повреждений мутации бывают точечными, когда повреждения ограничиваются одной парой нуклеотидов, и протяженными (аберрации). В этом случае может наблюдаться выпадение нескольких пар нуклеотидов, которое называется делецией, или добавление нуклеотидных пар, т.е. дупликация.

Изменения бактериального генома, а следовательно, и свойств бактерий могут происходить в результате мутаций и рекомбинаций.

Перемещаясь по репликону или между репликонами, подвижные генетические элементы вызывают: 1) инактивацию генов тех участков ДНК, куда они, переместившись, встраиваются; 2) образование повреждений генетического материала; 3) слияние репликонов, т.е. встраивание плазмиды в хромосому; 4) распространение генов в популяции бактерий, что может приводить к изменению биологических свойств популяции, смене возбудителей инфекционных заболеваний, а также способствует эволюционным процессам среди микробов.
Воспроизведение генетического материала бактерий осуществляется в процессе репликации, которая у бактерий протекает по полуконсервативному механизму. Это означает, что каждая из двух цепочек ДНК хромосомы или плазмиды служит матрицей для синтеза комплементарной дочерней цепочки ДНК. В процессе репликации участвует комплекс ферментов. Репликация начинается с момента расплетения двунитевой структуры ДНК, которое осуществляется ферментом ДНК-гиразой. При этом формируются две репликативные вилки, которые двигаются в противоположных направлениях, пока не встретятся. Формирование новой дочерней цепи осуществляется ферментом ДНК-полимеразой. Особенностью функционирования ДНК-полимеразы является ее способность присоединять комплементарные матрице нуклеотиды к свободному З'-концу растущей цепочки. Поэтому для осуществления реакции полимеризации нуклеотидов на матрице родительской цепочки ДНК-полиме-разе требуется затравка, которая называется праймером (от англ. primer — запал). Праймер представляет собой короткую нукле-отидную цепочку, комплементарную матричной цепочке со свободным З'-концом.
На этом свойстве ДНК-полимеразы основан новый диагностический метод — полимеразная цепная реакция.

Подвижные генетические элементы входят в состав бактериального генома, бактериальной хромосомы и плазмиды, К подвижным генетическим элементам относятся вставочные последовательности в ДНК и транспозоны. Вставочные последовательности, или /s-элементы (от англ. — insertion sequences) — это участки ДНК, способные как целое перемещаться из одного участка репликона в другой, а также между репликонами. Они содержат только гены, необходимые для перемещения. Транспозоны (7л) — это сегменты ДНК, обладающие теми же свойствами, что и вставочные последовательности, но имеющие структурные гены, т.е. гены, обеспечивающие синтез молекул, которые обладают специфическим биологическим свойством (например, токсичностью) или обеспечивают устойчивость к антибиотикам.

R-плазмиды (факторы резистентности) содержат гены, детерминирующие синтез ферментов, которые разрушают антибактериальные препараты (например, антибиотики).
В результате наличия такой плазмиды бактериальная клетка становится устойчивой (резистентной) к действию .целой группы лекарственных веществ. Многие /?-плазмиды являются трансмиссивными, распространяясь в популяции бактерий и делая бактерию недоступной к воздействию антибактериальных препаратов. Бактериальные штаммы, несущие /?-плазмиды, очень часто являются этиологическими факторами «госпитальных» инфекций, который возникают в замкнутом коллективе в неинфекционной клинике: родильных домах, детских и хирургических отделениях больниц.
Плазмиды, детерминирующие синтез факторов патогенности, в настоящее время обнаружены у многих бактерий, являющихся возбудителями инфекционных заболеваний человека. В частности, у шигелл, возбудителей бактериальной дизентерии начальные этапы инфекционного процесса связаны с функционированием крупной плазмиды, детерминирующей синтез белков, необходимых для взаимодействия бактерий с поверхностным эпителием кишечника человека.
Существует Ent-плазмида, определяющая синтез энтероток-сина. Развитие инфекционного процесса, вызванного возбудителями чумы, сибирской язвы, кишечного иерсиниоза, клещевого иксодового боррелиоза связано с функционированием плазмид патогенности.
Плазмиды могут использоваться в практической деятельности человека, в частности в генной инженерии, при конструировании специальных рекомбинантных бактериальных штаммов, вырабатывающих в больших количествах биологически активные вещества.

Количество плазмид в бактериальной клетке может быть от 1 до 200 в зависимости от согласованности репликации плазмиды и бактериальной хромосомы, а также взаимосовместимости плазмид.
Некоторые плазмиды могут встраиваться в бактериальную хромосому и функционировать в виде единого репликона, такие плазмиды называются интегративными. Другие плазмиды способны перемещаться из одной бактериальной клетки в другую, даже принадлежащую к иной таксономической единице. Такие плазмиды называются трансмиссивными {конъюгативными).
Особое значение в медицинской микробиологии имеют плазмиды, ответственные за устойчивость бактерий к антибиотикам (R-плазмиды), и плазмиды, обеспечивающие продукцию факторов патогенности, которые способствуют развитию инфекционного процесса в макроорганизме.

Плазмиды бактерий представляют собой двунитевые молекулы ДНК размером от 103 до 106 н.п. Они кодируют не основные для жизнедеятельности бактериальной клетки функции, но дающие бактерии преимущества при попадании в неблагоприятные условия существования. Фенотипическими признаками, сообщаемыми плазмидами бактериальной клетке, являются, например, устойчивость к антибиотикам, расщепление сложных органических веществ, выработка факторов бактериоциногенно-сти, продукция факторов патогенности и др.

Бактериальный геном состоит из генетических элементов, способных к самостоятельной репликации (син. воспроизведение), т.е. репликонов. Репликонами являются бактериальная хромосома и плазмиды.
Бактериальная хромосома представлена одной двунитевой молекулой ДНК кольцевой формы. Размеры бактериальной хромосомы у различных представителей царства Procaryotae варьируют от 3х108 до 2,5х 109. У Е.соН бактериальная хромосома содержит 5хЮ6 н.п. Бактериальная хромосома имеет гаплоидный набор генов. Она кодирует жизненно важные для клетки функции.

Наследственную функцию бактерий выполняет ДНК. Молекула ДНК построена из двух полинуклеотидных цепочек (нитей). Каждый нуклеотид состоит из азотистого основания, сахара дезоксирибозы и фосфатной группы. Азотистые основания представлены пуринами (аденин, гуанин) и пиримидина-ми (тимин, цитозин). Каждый нуклеотид обладает полярностью. У него имеются дезоксирибозный З'-конец и фосфатный 5'-конец. Нуклеотиды соединяются в полинуклеотидную цепочку фосфо-диэфирными связями между 5'-концом одного нуклеотида и 3'-концом другого. Соединение между двумя цепочками обеспечивается водородными связями комплементарных азотистых оснований: аденина с тимином, гуанина с цитозином. Нуклеотидные цепи антипараллельны: на каждом конце линейной молекулы ДНК расположены 5*-конец одной цепи и З'-конец другой цепи. Размеры двунитевой ДНК характеризуются числом пар нуклеотидов (н.п.).
Наследственная информация у бактерий хранится в форме последовательности нуклеотидов ДНК, которые определяют последовательность аминокислотных остатков в молекуле белка. Каждому белку соответствует свой ген, т.е., дискретный участок на ДНК, отличающийся числом и специфичностью последовательности нуклеотидов. Совокупность всех генов называется геномом (см. генотип). Внешнее проявление генома называется фенотипом.

Лекарственное сырье и готовые препараты могут обсеменяться микроорганизмами на различных этапах их технологического получения при хранении. Инфицирование происходит через воду, нестерильную посуду, воздух производственных помещений, руки персонала и т.д. Обсеменение происходит также за счет нормальной микрофлоры растений и фитопатогенных микробов — возбудителей заболеваний растений, а также нормальной микрофлоры животных при получении медицинских препаратов из животного сырья.
Микробы, развивающиеся в норме на поверхности растений, относятся к эпифитам (от греч. epi — над, phyton — растение). Эпифитная микрофлора препятствует проникновению фитопатогенных микробов в растительные ткани, повышая тем самым иммунитет растений. Наибольшее количество эпифитной микрофлоры составляют грамотрицательные бактерии Erwinia herbicola, образующие на мясопептонком агаре золотисто-желтые колонии. Они являются антагонистами возбудителя мягкой гнили овощей. Обнаруживают в норме и другие бактерии — Pseudomonas fluorescens, реже Bacillus mesentericus и небольшое количество грибов. Микробы находятся не только на листьях, стеблях, но и на семенах растений. Нарушение поверхности растений и их семян способствует накоплению на них большого количества пыли и микроорганизмов.
В почве, около корней растений находится значительное количество микроорганизмов. Эта зона называется ризосферой (от греч. rhiza — корень, sphaira — шар). В ризосфере часто присутствуют неспорообразующие бактерии (псевдомонады, микобак-терии и др.), встречаются также актиномицеты, спорообразую-щие бактерии и грибы. Микробы ризосферы переводят различные субстраты в соединения, доступные для растений, синтезируют биологически активные соединения (витамины, антибиотики и др.), вступают в симбиотические взаимоотношения с растениями, обладают антагонистическим действием против фитопатогенных бактерий.
Микробы поверхности корня растений (микрофлора ризо-планы) в большей степени, чем ризосфера, представлены псевдомонадами. Симбиоз мицелия грибов с корнями высших растений называют микоризой, или грибокорнем (от греч. mykes — гриб, rhiza — корень). Микориза ускоряет рост растений.
Растения окультуренных почв в большей степени загрязнены микроорганизмами, чем растения лесов и лугов. Особенно много микробов содержится в нижней прикорневой части растений, что связано с попаданием микробов из почвы. В большом количестве обнаруживаются микроорганизмы на растениях, растущих на полях орошения, свалках, вблизи складирования навоза, в местах выпаса скота. При этом растения могут загрязняться патогенными микроорганизмами. При неправильной заготовке растения могут быть хорошей питательной средой для размножения микробов. Одним из способов, препятствующих их росту на растениях, является высушивание. При изготовлении лекарственных средств микробы могут попадать в препараты из окружающей среды, что может влиять на фармакологические свойства лекарств.
Для соблюдения санитарного режима изготовления лекарственных препаратов проводят санитарно-микробиологический контроль объектов окружающей среды предприятия и каждой серии выпускаемой лекарственной формы.

Коли-mump воды — это ее наименьшее количество, в котором определяется кишечная палочка. Показателем загрязненности воды является также коли индекс — число кишечных палочек в 1 л воды.
Часто вместо коли-титра определяют титр БГКП, к которым относят все грамотрицательные палочки, сбраживающие с образованием кислоты и газа лактозу или глюкозу при 37+0,5 °С в течение 24—48 ч и не обладающие оксидазной активностью. Наиболее часто этот показатель применяют как индикатор фекального загрязнения воды. При бактериальном загрязнении воды свыше допустимых норм следует провести дополнительное исследование на наличие бактерий — показателя свежего фекального загрязнения. К таким бактериям относят кишечную палочку, способную расщеплять лактозу до кислоты и газа при 40—44 °С в присутствии ингибиторов роста (борная кислота) и не растущую на цитратной среде. О свежем фекальном загрязнении свидетельствует также выявление энтерококка. На старое фекальное загрязнение указывают отсутствие БГКП и наличие определенного количества Clostridium perfringens, т.е. наиболее устойчивых спорообразующих бактерий.
Кроме определения патогенных, условно-патогенных и санитарно-показательных микробов в практике санитарно-микроби-ологических исследований используют определение микробного числа, т.е. общего количества микробов в определенном объеме или определенной массе исследуемого материала (воды, почвы, продуктов питания, лекарственной формы и др.).
Санитарный надзор за состоянием объектов общественного питания, аптек, лечебных и детских учреждений осуществляется путем взятия смывов с рук персонала, посуды, поверхности столов, оборудования и др. Смыв высевают на питательные среды для определения микробной обсемененности, наличия БГКП, патогенных энтеробактерий, золотистого стафилококка, грибов рода Candida и энтеровирусов.

Санитарная микробиология изучает микробы, содержащиеся в окружающей среде и способные оказывать неблагоприятное воздействие на состояние здоровья человека. Она разрабатывает микробиологические показатели гигиенического нормирования, методы контроля эффективности обеззараживания объектов окружающей среды, а также выявляет в них патогенные, условно-патогенные и санитарно-показательные микробы.
Обнаружение патогенных микробов в окружающей среде, продуктах питания и воде позволяет дать оценку эпидемиологической ситуации и принять соответствующие меры по борьбе и профилактике инфекционных заболеваний. Поиск одновременно всех возбудителей инфекционных заболеваний (индикация и идентификация) технически и методически невозможен и оправдан лишь при подозрении на наличие определенного возбудителя. Однако и в этом случае возникают трудности из-за неравномерного распределения определяемого микроба в исследуемом объекте, небольшой его численности и т.д.
Несколько легче определять условно-патогенные микробы, которые, попав в продукты питания, быстро размножаются с накоплением большого количества токсинов и вызывают пищевые отравления микробной этиологии (пищевые токсикоинфекции и интоксикации). Такими бактериями обычно являются представители нормальной микрофлоры человека и животных. К ним относят кишечную палочку, золотистый стафилококк, Clostridium perfringens, протей и др. Поэтому косвенным показателем микробной загрязненности исследуемых объектов и материалов,служит наличие в них так называемых санитарно-показательных микробов.
Наличие санитарно-показательных микробов свидетельствует о возможном присутствии в объектах окружающей среды патогенных микробов, непосредственно может свидетельствовать о загрязнении объекта выделениями человека и животных, содержащими микробы. Например, возбудители кишечных инфекций имеют общий путь выделения (с фекалиями) с такими сани-тарно-показательными бактериями, как бактерии группы кишечной палочки — БГКП (в эту группу, кроме кишечной палочки, входят сходные по свойствам бактерии родов Citrobacter, Enterobacter, Klebsiella), энтерококки, клостридии. Возбудители воздушно-капельных инфекций имеют общий путь выделения с бактериями, постоянно обитающими на слизистой оболочке верхних дыхательных путей и выделяющимися в окружающую среду при кашле, чиханье, разговоре. В связи с этим в качестве санитарно-показательных бактерий для воздуха закрытых помещений предложены гемолитические стрептококки и золотистые стафилококки.
Определение загрязненности почвы, воды, воздуха, продуктов питания и других объектов выделениями человека или животных проводят путем количественного учета санитарно-показательных микробов. В воздухе определяют количество золотистого стафилококка и стрептококков, в воде — кишечной палочки, БГКП, энтерококка; в почве — кишечной палочки, БГКЛ, Clostridium perfringens; в продуктах питания — кишечной палочки, БГКП, энтерококка, золотистого стафилококка, протея. На основании количества санитарно-показательных микробов вычисляют коли-титр, перфрингенс-титр, титр энтерококка и т.д.

Антисептика — совокупность мер, направленных на уничтожение микробов в ране, патологическом очаге или организме в целом, на предупреждение или ликвидацию воспалительного процесса. Принципы антисептики были введены в медицину И.Земмельвейсом в 1847 г.
Антисептика включает различные методы: механические (удаление инфицированных некротизированных тканей, инородных тел и т.д.), физические (дренирование ран, введение тампонов, наложение гигроскопических повязок), химические (применение антисептиков), биологические (использование протеолити-ческих ферментов для лизиса нежизнеспособных клеток, бактериофагов, антибиотиков). В практике обычно применяют комплекс этих методов.

Для профилактики внутрибольничных и особенно хирургических инфекций применяют асептику и антисептику.
Асептика, основоположником которой является Д.Листер (1867), — комплекс мер, направленных на предупреждение попадания возбудителя инфекции в рану, органы больного при операциях, лечебных и диагностических процедурах. Методы асептики применяют для борьбы с экзогенной инфекцией, источниками которой являются больные и бактерионосители.
Асептика включает стерилизацию и сохранение стерильности инструментов, перевязочного материала, операционного белья, перчаток и всего, что приходит в соприкосновение с раной; дезинфекцию рук хирурга, операционного поля, аппаратуры, операционной и других помещений, применение специальной одежды, масок. К мерам асептики относится также планировка операционных (этаж, вентиляция изнутри наружу, кондиционирование воздуха) и т.д.
Методы асептики также применяют на микробиологических и фармацевтических производствах, предприятиях пищевой промышленности.

Ультрафиолетовое облучение (лучи с длиной волны 200— 450 нм) производят с помощью специальных бактерицидных ламп (настенных, потолочных, передвижных и др.) для обеззараживания воздуха, различных поверхностей в операционных, перевязочных, микробиологических лабораториях, на предприятиях пищевой промышленности и т. д. Действие ультрафиолетовых лучей приводит к разрушению ДНК микробов.
Различают профилактическую дезинфекцию и дезинфекцию в эпидемическом очаге. Профилактическая дезинфекция осуществляется для предупреждения появления и распространения различных болезней. При возникновении эпидемического очага проводят текущую (во время вспышки) и заключительную (после ее окончания) дезинфекцию; подобные процедуры проводятся как в медицинских учреждениях, так и за их пределами.

Химическую дезинфекцию проводят с помощью различных дезинфицирующих веществ. Дезинфектанты действуют, например, растворяя липиды клеточных оболочек (детергенты) или разрушая белки и нуклеиновые кислоты (денатураты, оксиданты). Активность каждого из дезинфектантов неодинакова для различных микроорганизмов и зависит от температуры, рН и других условий. В качестве контрольных микроорганизмов для изучения действия дезинфектантов используют S.typhi и S.aureus.
Обеззараживанию с помощью данного метода подлежат, например, поверхность операционного стола, стены процедурного кабинета, кожа, некоторые инструменты — все то, что невозможно обработать теплом. Примером химической дезинфекции является также хлорирование воды.
Использование большинства дезинфицирующих веществ опасно для медицинского персонала, эти вещества загрязняют окружающую среду, многие из них дорогостоящие.

Тепловая дезинфекция включает воздействие горячей водой и насыщенным паром: при 80 °С — 10 мин, при 85 °С — 3 мин, при 90 °С — 1 мин. При этом режиме погибают все вегетативные формы бактерий и большинство вирусов. Температура 100 °С в течение 5 мин убивает все вегетативные формы бактерий и все вирусы. При добавлении в воду 2 % гидрокарбоната натрия (NaHC03) погибают и споры. Кроме того, добавление NaHC03 имеет дополнительные преимущества: сода растворяет белки и жиры, которые могут находиться на поверхности предмета, предупреждает коррозию инструментов и оседание на них кальция. Подобным образом можно обрабатывать инструменты, иглы, шприцы, судна и т.д.
Более удобно применение автоматических моечных машин, в которых предметы сначала промывают в холодной воде, затем в теплой с детергентом, далее в чистой и, наконец, дезинфицируют в дистиллированной воде при 90 °С. Обычные процессы стирки белья, приготовления пищи и кипячения питьевой воды являются примером использования дезинфекции в быту.
Для дезинфекции также применяют сухое тепло, например прокаливание. Тепловая дезинфекция — наиболее эффективный, дешевый и единственный метод, который не вызывает загрязнения окружающей среды.
Разновидностью тепловой дезинфекции является пастеризация — метод, созданный Л.Пастером и применяемый для обработки в основном молока, а также соков, вина и пива. При используемом чаще всего режиме 60—70 °С в течение 20—30 мин погибает большинство вегетативных форм бактерий (особенно важно уничтожение бруцелл и Mycobacterium bovis, которые могут находиться в молоке), но сохраняются часть энтерококков, лактобактерий и споры. Поэтому пастеризованное молоко помещают на холод для предотвращения прорастания спор и размножения бактерий.

Дезинфекция (от франц. приставки des — удаление, уничтожение) — процедура, предусматривающая обработку загрязненного микробами предмета с целью их уничтожения до такой степени, чтобы они не могли вызвать инфекцию при использовании данного предмета.
Стерилизация — лучший способ обеззараживания. Однако, когда отсутствует возможность подвергнуть предмет стерилизации, проводят дезинфекцию. Например, нельзя простерилизовать операционный стол, стены операционной, руки хирурга или оптиковолоконные микроскопы. После дезинфекции в отличие от стерилизации нет необходимости защищать продезинфицированный материал от попадания микробов извне. До стерилизации предмет необходимо тщательно вычистить от грязи, крови, химических веществ (в том числе и лекарств) и вымыть, чтобы уменьшить количество микробов на нем. Дезинфекция нередко выполняется перед процедурой чистки для обеспечения безопасности медперсонала.
Различают три основных метода дезинфекции: тепловую, химическую и с использованием ультрафиолетового излучения. Выбор того или иного метода также зависит от дезинфицируемого материала.

Микробиологический контроль объектов, подвергшихся стерилизации, как правило, не производится. Его заменяет контроль работы стерилизаторов, который осуществляется несколькими способами. Во-первых, персонал должен строго соблюдать установленный режим стерилизации, который обеспечивает гибель микробов. Во-вторых, косвенно о поддержании определенной температуры можно судить по изменению окраски химических индикаторов (либо индикаторных бумажек, либо порошков, жидкостей — бензойной кислоты, мочевины, запаянных в ампулы), которые помещают на поверхности и в глубине стерилизуемого объекта. В-третьих, соответствующей службой должен регулярно проводиться технический контроль аппаратуры. В-четвертых, 3 раза в год осуществляют биологический контроль, помещая внутрь стерилизуемых предметов биотесты, приготовленные из термоустойчивых спорообразующих бактерий.
Для проведения микробиологического контроля производят посев кусочков материала, смывов с предметов, подвергшихся стерилизации, на среды, позволяющие обнаружить аэробные и анаэробные бактерии, грибы (сахарный бульон, тиогликолевую среду, среду Сабуро). Отсутствие роста после 14 дней инкубации в термостате свидетельствует о стерильности предмета. Более тщательный контроль стерильности осуществляют в промышленных условиях: методом случайного отбора исследуют образцы стерилизуемых материалов.
Для сохранения стерильности предметы должны иметь упаковку, не допускающую микробного загрязнения. С этой целью применяют полимерную пленку, бумагу, фольгу, биксы, металлические пеналы, флаконы и т.п.

Лучевая стерилизация осуществляется с помощью либо гамма-излучения, либо ускоренных электронов. Источником гамма-излучения, получаемого в специальных гамма-установках, являются радионуклиды, например Со60, Cs137. Для получения электронного излучения применяют ускорители электронов.
Гибель микробов под действием гамма-лучей и ускоренных электронов происходит прежде всего в результате повреждения нуклеиновых кислот. Причем микроорганизмы более устойчивы к облучению, чем многоклеточные организмы. Лучевая стерилизация является альтернативой газовой стерилизации. Ее также применяют в тех случаях, когда стерилизуемые предметы не выдерживают высокой температуры. Лучевая стерилизация позволяет обрабатывать сразу большое количество предметов в промышленных условиях (например, одноразовых шприцев, систем для переливания крови). Благодаря возможности широкомасштабной стерилизации применение этого метода оправдано, несмотря на экологическую опасность и неэкономичность.
Еще одним способом стерилизации является фильтрование. Фильтрование с помощью различных фильтров (керамических, асбестовых, стеклянных) и особенно мембранных ультрафильтров из коллоидных растворов нитроцеллюлозы или других веществ позволяет освободить жидкости (сыворотку крови, лекарства, биопрепараты) от бактерий, грибов, простейших и даже вирусов в зависимости от размеров пор фильтра. Для ускорения фильтрации обычно создают повышенное давление в емкости с фильтруемой жидкостью или пониженное давление в емкости с фильтратом.

Химическая стерилизация предполагает использование в основном двух токсичных газов: окиси этилена и формальдегида. Эти вещества являются алкилирующими агентами, их способность в присутствии воды инактивировать активные группы в ферментах, других белках, ДНК и РНК приводит к гибели микроорганизмов. Стерилизация газами осуществляется в присутствии пара при 40—80 °С в специальных камерах; в больницах применяют формальдегид, в промышленных условиях — окись этилена.
Этот вид стерилизации опасен для персонала, окружающей среды и пациентов, пользующихся простерилизованными предметами (большинство стерилизующих агентов остается на предметах). Однако существуют объекты, которые могут быть повреждены нагреванием и которые можно стерилизовать только газом. Это, например, оптические приборы, предметы из нетермостойких полимеров, некоторые питательные среды. Окись этилена с бромидметилом используют для стерилизации герметических микробиологических емкостей, космических аппаратов и др.

Одной из разновидностей тепловой стерилизации является дробная стерилизация, которую используют для обработки материалов, не выдерживающих температуру выше 100 °С, например желатина, питательных сред с углеводами и др. Их нагревают в водяной бане при 80 °С в течение 30—60 мин, в результате чего вегетативные формы погибают. Процедуру повторяют 3 дня подряд. Между процедурами питательные среды выдерживают в термостате, что способствует прорастанию спор в случае их сохранения в среде. Иногда термическую обработку производят в автоклаве при 0,5 атм.
Тепловая стерилизация — наиболее надежный, экологически безопасный, дешевый и хорошо контролируемый метод. Однако ее невозможно применять в тех случаях, когда предметы и вещества повреждаются от действия высокой температуры. В этих ситуациях используют другие методы.

Стерилизация (от лат. sterilis — бесплодный) предполагает полную инактивацию микробов на предметах, подвергающихся обработке. Существуют три основных метода стерилизации: тепловая, лучевая, химическая.
Тепловая стерилизация основана на чувствительности микробов к высокой температуре. При 60 °С и наличии воды происходит денатурация белков, в том числе ферментов, вследствие чего вегетативные формы микробов погибают. Споры, содержащие очень небольшое количество воды в связанном состоянии и обладающие плотными оболочками, инактивируются при 160— 170 °С. Для тепловой стерилизации применяют в основном сухой жар и пар под давлением.
Стерилизацию сухим жаром производят в сухожаровых шкафах, или печах Пастера. Печь Пастера представляет собой металлический плотно закрывающийся шкаф, нагревающийся с помощью электричества и снабженный термометром. Обеззараживание материала в нем происходит при 160—170 °С в течение 60—120 мин. Недостатком этого метода является то, что столь высокую температуру выдерживают только некоторые стерилизуемые предметы, например лабораторное стекло.
Наиболее универсальным методом стерилизации является обработка паром под давлением в автоклавах, в которых стерилизуют перевязочный материал, белье, многие инструменты, питательные среды, растворы, инфекционный материал и др. Автоклав — металлический цилиндр с прочными стенками, герметически закрывающийся, состоящий из водопаровой и стерилизующей камер. Аппарат снабжен манометром, термометром и другими контролирующими приборами. В автоклаве создается повышенное давление, что приводит к увеличению температуры кипения воды. Так, при 0,5 атм температура кипения равна 80 °С, при 1 атм — 100 °С, при 2 атм — 121 °С и при 3 атм — 136 °С. Вследствие того что, кроме высокой температуры, на микроорганизмы действует пар, споры погибают уже при 120 °С. Наиболее распространенный режим работы автоклава — 2 атм, 121 °С, 15—20 мин. Время стерилизации уменьшается при повышении атмосферного давления, а следовательно, и температуры кипения. Микроорганизмы погибают за несколько секунд, но материал обрабатывают в течение большего времени, так как, во-первых, высокая температура должна быть и внутри стерилизуемого материала, и, во-вторых, существует так называемое поле безопасности, рассчитанное на возможное отклонение от заданных параметров при работе автоклава.

Для уничтожения микроорганизмов на различных предметах, используемых в медицине и быту, применяют два способа: стерилизацию и дезинфекцию.

Антагонистические взаимоотношения, или антагонистический симбиоз, заключается в неблагоприятном воздействии одного вида микроорганизма на другой, что приводит к повреждению и даже к гибели последнего. Микробы-антагонисты широко распространены в окружающей среде. Хорошо известна антагонистическая активность представителей нормальной микрофлоры толстой кишки человека — бифидобактерий, лактобацилл, кишечной палочки и других, являющихся антагонистами гнилостной микрофлоры.
Механизм антагонистических взаимоотношений разнообразен. Распространенной формой антагонизма является образование антибиотиков — специфических продуктов обмена микробов, подавляющих развитие микроорганизмов других видов, или образование бактериоцинов — белков бактерий, подавляющих жизнедеятельность бактерий других штаммов того же вида. Антагонизм проявляется также за счет большей скорости размножения, продукции органических кислот и других веществ, изменяющих рН среды.
Антагонизм может развиваться в форме конкуренции в основном за источники питания: интенсивно развиваясь и истощая питательную среду, микроорганизм-антагонист может подавлять рост других микроорганизмов. Такая форма антагонизма, когда микроорганизм использует другой организм как источник питания, называется паразитизмом. Примером паразитизма является взаимоотношение бактериофага и бактерий. При хищничестве микроорганизм, например амеба, обитающая в толстой кишке, захватывает и переваривает бактерии кишечника.

Сателлизм — усиление роста одного вида микроорганизма под влиянием другого микроорганизма. При совместном росте нескольких видов микробов их физиологические функции могут активироваться, что приводит к более быстрому воздействию на субстрат. Например, колонии дрожжей или сарцин, выделяя в питательную среду метаболиты, стимулируют рост вокруг их колоний некоторых других микроорганизмов.

Комменсализм (от лат. commensalis — сотрапезник) — сожительство особей разных видов, при котором выгоду из симбиоза извлекает один вид, не причиняя другому вреда. Комменсалами являются бактерии — представители нормальной микрофлоры человека.

Мутуализм — взаимовыгодные взаимоотношения разных организмов. Примером мутуалистического симбиоза являются лишайники — симбиоз гриба и сине-зеленой водоросли. Получая от клеток водоросли органические вещества, гриб в свою очередь поставляет им минеральные соли и защищает от высыхания.

Метабиоз — взаимоотношение микроорганизмов, при котором один микроорганизм использует для своей жизнедеятельности продукты жизнедеятельности другого. Метабиоз характерен для почвенных нитрифицирующих бактерий, использующих для своего метаболизма аммиак — продукт жизнедеятельности аммонифицирующих почвенных бактерий.

Микробы находятся друг с другом в различных взаимоотношениях. Совместное существование двух различных организмов называется симбиозом (от греч. simbiosis — совместная жизнь). Различают несколько вариантов полезных взаимоотношений: метабиоз, мутуализм, комменсализм и сателлизм.

Химические вещества могут оказывать различное действие на микробы: служить источниками питания, не оказывать какого-либо влияния; стимулировать или подавлять рост; вызывать гибель. Антимикробные химические вещества используют в качестве антисептических и дезинфицирующих средств, так как они обладают бактерицидным, вирулицидным, фунгицидным действием и т.д.
Химические вещества, используемые для дезинфекции, относятся к различным группам, среди которых наиболее широко представлены хлор-, йод- и бромсодержащие соединения и окислители.

Ионизирующее излучение применяют для стерилизации одноразовой пластиковой микробиологической посуды, питательных сред, перевязочных материалов, лекарственных препаратов и др. Однако имеются бактерии, устойчивые к действию ионизирующих излучений, например Micrococcus radiodurans был выделен из ядерного реактора. Неионизирующее излучение (ультрафиолетовые и инфракрасные лучи солнечного света), а также ионизирующее излучение (гамма-излучение радиоактивных веществ) и электроны высоких энергий губительно действуют на микробы уже через короткий промежуток времени.
Ультрафиолетовые лучи применяют для обеззараживания воздуха и различных предметов в больницах, родильных домах, микробиологических лабораториях. С этой целью используют бактерицидные лампы ультрафиолетового излучения с длиной волны 200—450 нм.

Обезвоживание вызывает нарушение функций большинства микробов. Наиболее чувствительны к высушиванию возбудители гонореи, менингита, холеры, брюшного тифа, дизентерии и Другие патогенные микроорганизмы. Более устойчивыми являются микроорганизмы, защищенные слизью мокроты. Так, бактерии туберкулеза в мокроте выдерживают высушивание до 90 дней. Устойчивы к высушиванию некоторые капсуло- и сли-зеобразующие бактерии. Но особой устойчивостью обладают споры бактерий. Например, споры возбудителя сибирской язвы могут сохраняться в почве столетиями.
Для сохранения жизнеспособности микробов используют лиофилизацию — высушивание под вакуумом из замороженного состояния. Лиофилизированные культуры микробов и иммунобиологические препараты длительно (в течение нескольких лет) сохраняются, не изменяя своих первоначальных свойств.

Термофильные бактерии развиваются при более высокой температуре (от 40 до 90 °С). На дне океана в горячих сульфидных водах живут бактерии, развивающиеся при 250—300 °С и давлении 265 атм. Термофилы обитают в горячих источниках, участвуют в процессах самонагревания навоза, зерна и сена. Наличие большого количества термофилов в почве свидетельствует о ее загрязненности навозом и компостом. Поскольку навоз наиболее богат термофилами, последние рассматривают как показатель загрязненности почвы.
Температурный фактор учитывают при стерилизации. Вегетативные формы бактерий погибают при 60 °С в течение 20—30 мим, споры — в автоклаве при 120 °С в условиях пара под давлением.
Хорошо выдерживают микроорганизмы действие низкой температуры. Поэтому их можно долго хранить в замороженном состоянии, в том числе при температуре жидкого газа (—173 °С).

Мезофилы растут в диапазоне температуры 10—47 °С, оптимум роста для большинства из них 37 °С. Мезофилы включают в себя основную группу патогенных и условно-патогенных бактерий.

Психрофильные бактерии растут при температуре от —10 до 40 °С; температурный оптимум колеблется от 15 до 40 °С, приближаясь к температурному оптимуму мезофильных бактерий. К психрофилам относится большая группа сапрофитов — обитателей почвы, морей, пресных водоемов и сточных вод (железобактерии, псевдомонады, светящиеся бактерии, бациллы). Некоторые психрофилы могут вызывать порчу продуктов питания на холоде. Способностью расти при низких температурах обладают и некоторые патогенные бактерии (возбудитель псевдотуберкулеза размножается при 4 °С). В зависимости от температуры культивирования свойства бактерий меняются. Так, Serratia marcescens при 20—25 °С образует большее количество красного пигмента (продигиозана), чем при 37 °С. Синтез полисахаридов, в том числе капсульных, активируется при более низкой температуре культивирования.

Физические, химические и биологические факторы окружающей среды оказывают различное воздействие на микроорганизмы: бактерицидное действие, приводящее к гибели клетки, или бактериостатическое — подавляющее размножение микроорганизмов. Мутагенное действие приводит к изменению наследственных свойств микробов.
Представители различных групп микробов развиваются при определенных диапазонах температур. Бактерии, например растущие при низкой температуре, называют психрофилами, при средней (около 37 °С) — мезофилсши, при высокой — термофилами.

Состояние эубиоза — динамического равновесия микрофлоры и организма человека может нарушаться под влиянием факторов окружающей среды, стрессовых воздействий, широкого и бесконтрольного применения антимикробных препаратов, лучевой и химиотерапии, нерационального питания. В результате нарушается колонизационная резистентность. Аномально размножившиеся микроорганизмы продуцируют токсичные продукты метаболизма — индол, скатол, аммиак, сероводород. Такое состояние, развивающееся в результате утраты нормальных функций микрофлоры, называется дисбактериозом и дисбиозом. При дисбактериозе происходят количественные и качественные изменения бактерий, входящих в состав нормальной микрофлоры. При дисбиозе изменяются и другие группы микроорганизмов (вирусов, грибов и др.). Дисбиоз и дисбактериоз считаются эндогенными инфекциями, возникающими чаще всего в результате нарушения антимикробными препаратами нормальной микрофлоры или в результате указанных выше воздействий.
Для восстановления нормальной микрофлоры назначают препараты-эубиотики, полученные из лиофильно высушенных живых бактерий — представителей нормальной микрофлоры кишечника: бифидобактерий (бифидумбактерин), кишечной палочки (колибактерин) лактобактерий (лактобакте-рин) и др.

Для предотвращения инфекционных осложнений, при понижении сопротивляемости организма и повышенном риске аутоинфекции, при обширных травмах, ожогах, иммунодепрессив-ной терапии, трансплантации органов и тканей проводят мероприятия, направленные на сохранение и восстановление колонизационной резистентности. Осуществляют селективную деконта-минацию — избирательное удаление из пищеварительного тракта аэробных бактерий и грибов для повышения сопротивляемости организма к инфекционным агентам. Селективную деконтами-нацию проводят путем назначения для приема внутрь малоад-сорбируемых химиопрепаратов, подавляющих аэробную микрофлору и не влияющих на анаэробы (например, комплексное назначение ванкомицина, гентамицина и нистатина).
Представители нормальной микрофлоры при снижении сопротивляемости организма могут вызывать гнойно-воспалительные процессы, т.е. нормальная микрофлора может стать источником аутоинфекции, или эндогенной инфекции, она также является хранилищем и источником хромосомных и плазмидных генов, в частности генов лекарственной устойчивости к антибиотикам. Кроме этого, как отмечалось выше, кишечная микрофлора может загрязнять почву, воду, воздух, продукты питания и т.д., поэтому ее обнаружение свидетельствует о загрязнении окружающей среды выделениями человека.