Иммунология

По механизму взаимодействия с бактериальной клеткой различают вирулентные и умеренные бактериофаги.
Вирулентные бактериофаги, попав в бактерию, реплицируются, формируя 200—300 фаговых частиц, и вызывают гибель (лизис) бактериальной клетки. Взаимодействие бактериофага с бактерией напоминает взаимодействие вирусов человека с клеткой хозяина. Некоторые особенности имеют при этом бактериофаги с сокращающимся чехлом. Они адсорбируются на клеточной стенке с помощью фибрилл хвостового [...]

Преимущество получения этих веществ из микробной клетки по сравнению, например, с химическим синтезом или другими технологиями очевидно, так как: а) микробные клетки можно выращивать в больших объемах в короткие сроки на недефицитных питательных средах и по сравнительно простой технологии; б) большинство химически сложных веществ, получаемых из микробов, пока недоступны для синтеза другими способами; в) для [...]

Время выращивания большинства бактерий при определенных условиях составляет 1—3 сут. Из 1 т культуры за это время получается примерно 50 кг биомассы. Для повышения выхода продукции используют высокопродуктивные промышленные штаммы микробов. Из культуральной жидкости выделяют и концентрируют биомассу бактерии с помощью различных методов (сепарирование, центрифугирование, седиментация, выпаривание, ультрафильтрация, хроматография). Дальнейшей обработке подвергают или биомассу, или [...]

Генетическую инженерию относят к новейшей биотехнологии. Генетическая инженерия сводится по существу к процессу получения рекомбинантных ДНК, содержащих, помимо присущего «хозяйской» ДНК набора природных генов, «чужой» ген или гены, взятые из другой ДНК. Метод получения рекомбинантных ДНК состоит из нескольких этапов: а) выделение ДНК из клеток организма; б) получение гибридных (рекомбинантных) молекул ДНК путем встройки в [...]

Применение генетической инженерии в биотехнологии оправдано в тех случаях, когда: а) нужное вещество невозможно получить никаким другим способом; б) если технология эффективнее и экономичнее традиционной или в) если она более безопасна для человека и окружающей среды. Например, антигены для создания вакцин против некультивируемых микроорганизмов (плазмодий малярии, возбудитель сифилиса) можно получить только генно-инженерным способом. Генно-инженерный интерферон [...]

Реорганизация генов, кодирующих синтез факторов патогенности, в ходе инфекционного процесса происходит на молекулярном уровне, но на популяционном уровне создаются условия для естественного отбора штаммов с повышенной вирулентностью — эпидемических штаммов. Детерминанты факторов патогенности необходимо учитывать при изучении патогенеза инфекционных заболеваний, при разработке новых способов диагностики, для лечения и профилактики инфекционных заболеваний.

Патогенность бактерий контролируется группой генов, ответственных за образование поверхностных структур бактериальных клеток (фимбрий, капсул, клеточной стенки) или за синтез токсинов, а также ферментов, способствующих жизнедеятельности этих бактерий. Эти наследственные детерминанты локализованы как в хромосоме, так и плазмидах. Модификации генотипа, контролирующего патогенность, проявляются в фено-типическом изменении вирулентности микробов, которая восстанавливается при их пассировании на питательных средах [...]

Механизм действия белковых токсинов сводится к повышению проницаемости мембраны эритроцитов, лейкоцитов и других клеток (мембранотоксины) или к блокаде синтеза белка и других биохимических процессов в клетках (цито-, энтеро- и нейро-токсины) либо нарушению взаимосвязи и взаимодействия между клетками.
Заболевания, при которых микроб остается в месте входных ворот инфекции, а основные клинические проявления которых связаны с действием белкового [...]

Под действием физических, химических и биологических факторов вирулентность подвержена фенотипическим и геноти-пическим изменениям как в сторону ослабления, так и усиления. Снижение вирулентности (аттенуация) может происходить при длительном пассировании культур на питательных средах, через организм мало восприимчивых животных и т.п. Полная утрата вирулентности связана с изменением генотипа. Повышение вирулентности наблюдается в процессе пассирования культуры через организм [...]

Появление в генетическом аппарате бактерии новых генов приводит к изменениям биохимических процессов, происходящих в бактериальной клетке. В результате нарушается проницаемость для антибиотика клеточных оболочек или изменяются структуры, на которые действует антибиотик. Однако чаще всего в основе механизма антибиотикорезистентности лежит синтез бактериальной клеткой ферментов, разрушающих антибиотик, например, р-лактамаз, разрушающих р-лак-тамное кольцо у пенициллинов или цефалоспоринов. Так, [...]

I группа осложнений — токсические реакции.
Все антибиотики оказывают то или иное токсическое действие на организм. Это действие зависит от свойств самого препарата, его дозы, способа введения, состояния больного. Среди осложнений данной группы на первом месте находится поражение печени. Гепатотоксическим действием обладают, например, тетрациклины, эритромицин. Второе место занимают антибиотики с нефротоксическим действием, такие как, например, аминогликозиды. [...]

Действие антибиотиков на микробы связано с их способностью подавлять те или иные биохимические реакции, происходящие в микробной клетке. В зависимости от механизма действия различают 5 групп антибиотиков:
1-я группа — антибиотики, вызывающие нарушение синтеза клеточной стенки бактерий. К этой группе относятся, например, р-лактамы. Избирательность действия этих препаратов наиболее высокая: они действуют только на бактерии и не [...]

Существует три способа получения антибиотиков.
1. Биологический синтез. Для получения антибиотиков этим способом используют штаммы микроорганизмов, образующие наибольшее количество антибиотика, и специальные питательные среды. Большие количества микробной массы получают в специальных емкостях — ферментаторах при оптимальных условиях культивирования (см. главу 6).
2. Химический синтез. С помощью этого метода получают все синтетические антибиотики.
3. Комбинированный способ представляет [...]

Основными технологическими принципами, используемыми в биотехнологии, являются: а) брожение (ферментация); б) биоконверсия (превращение одного вещества в другое); в) культивирование бактерий, вирусов, растительных и животных клеток; г) генетическая инженерия. Объектами биотехнологии служат, как уже указывалось, бактерии, вирусы, животные и растительные клетки, органы и ткани животных и человека, растения и другие биообъекты.
Простейшим способом получения биотехнологической продукции является [...]

Биотехнология возникла давно. Уже до нашей эры человек научился выпекать хлеб, получать молочно-кислые продукты, вино, пиво с помощью биотехнологических процессов брожения, ферментации. Естественно, что эта деятельность человека носила сугубо эмпирический характер.
Только в XIX в. великий французский ученый Л.Пастер открыл микробную (ферментативную) природу брожения. С этого времени биотехнология стала на научный путь развития, а Л.Па-стера можно [...]

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. [...]

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 [...]

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 [...]

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 [...]

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 [...]

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» [...]

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 [...]

Органические соединения растительного и животного происхождения минерализуются микробами до углерода, азота, серы, фосфора, железа и других элементов.
Круговорот углерода. В круговороте углерода активно участвуют растения, водоросли и цианобактерии, фиксирующие С02 в процессе фотосинтеза, а также микробы, разлагающие органические вещества отмерших растений и животных с выделением СОг При аэробном разложении органических веществ образуются С02 и вода, а [...]

Одновременно в клетке происходит и репликация (от лат. replicatio — повторение), т.е. синтез вирусных нуклеиновых кислот, являющихся копией исходных вирусных геномов. Способ репликации генома зависит от способности вирусов индуцировать образование полимераз в клетке или от наличия полимераз в составе вириона.

Нуклеиновая кислота вируса кодирует синтез неструктурных и структурных белков. Неструктурные белки являются ферментами, обеспечивающими репродукцию вируса. Структурные белки входят в состав вириона: геномные (связанные с геномом вируса), капсидные и суперкапсидные белки.

Биосинтез белков вируса различен у ДНК- и РНК-содержа-щих вирусов и проходит через следующие стадии:
• для ДНК-содержащих вирусов: ДНК вируса -> транскрипция иРНК -> трансляция белка вируса;
• для РНК-содержащих минус-нитевых вирусов (минус-геномных): РНК вируса —> транскрипция иРНК —> трансляция белка вируса;
• для РНК-содержащих плюс-нитевых вирусов (плюс-геномных): РНК вируса —> трансляция белка вируса;
• для РНК-содержащих ретровирусов: [...]

Следующей стадией репродукции является биосинтез белков и нуклеиновых кислот вируса, который разобщен во времени и пространстве. Биосинтез осуществляется в разных частях клетки, поэтому такой способ размножения вирусов называется дисъюнктивным (от лат. disjunctus— разобщенный). Белки вируса синтезируются в результате транскрипции, т.е. «переписывания» информации с генома вируса на информационную РНК (иРНК) и последующей трансляции (считывание иРНК на [...]

Продуктивный тип взаимодействия вируса с клеткой осуществляется в результате размножения, т.е. репродукции вируса (от англ. reproduce — воспроизводить). Репродукция вируса проходит несколько стадий: 1) адсорбция вирионов на клетке; 2) проникновение вирусов в клетку; 3) «раздевание» и высвобождение вирусного генома (депротеинизация вирусов); 4) биосинтез компонентов вируса; 5) формирование вирусов — «сборка»; 6) выход вирионов из клетки. [...]

Наиболее распространены среди бактерий такие пигменты, как каротины, ксантофиллы и меланины. Меланины являются нерастворимыми пигментами черного, коричневого или красного цвета, они синтезируются из фенольных соединений. Меланины наряду с каталазой, супероксиддисмутазой и пероксида-зой защищают микробы от воздействия токсичных перекисных радикалов кислорода. Многие пигменты обладают антимикробным, антибиотикоподобным действием.

При выращивании бактерий на жидкой питательной среде наблюдается придонный, диффузный или поверхностный (в виде пленки) рост культуры.
Рост периодической культуры бактерий подразделяют на несколько фаз, или периодов: 1) лаг-фаза; 2) фаза логарифмического роста; 3) фаза стационарного роста, или максимальной концентрации бактерий; 4) фаза гибели бактерий.
Эти фазы можно изобразить графически в виде отрезков кривой размножения бактерий, отражающей [...]

Жизнедеятельность бактерий характеризуется ростом — формированием структурно-функциональных компонентов клетки и увеличением самой бактериальной клетки и размножением — самовоспроизведением, приводящим к увеличению количества бактериальных клеток в популяции.
Бактерии размножаются бинарным делением пополам, реже почкованием. Актиномицеты, как и грибы, могут размножаться" спорами. Актиномицеты, являясь ветвящимися бактериями, размножаются также путем фрагментации нитевидных клеток. Грамположительные бактерии делятся путем врастания синтезирующихся [...]

Различают конститутивные и индуцибельные ферменты. К конститутивным ферментам относят ферменты, которые синтезируются клеткой непрерывно, независимо от наличия в питательной среде соответствующего субстрата. Индуцибельные (адаптивные) ферменты синтезируются бактериальной клеткой только при наличии в среде субстрата данного фермента. Например, р-галактозидаза кишечной палочкой на среде с глюкозой практически не образуется, но ее синтез резко увеличивается при выращивании палочек [...]

Многие ферменты взаимосвязаны со структурами микробной клетки. Например, в цитоплазматической мембране имеются окислительно-восстановительные ферменты, участвующие в дыхании и делении клетки, ферменты, обеспечивающие питание клетки, и др. Окислительно-восстановительные ферменты цитоплазматической мембраны и ее производных обеспечивают энергией интенсивные процессы биосинтеза различных структур, в том числе клеточной стенки. Ферменты, связанные с делением и аутолизом клетки, обнаруживаются в клеточной [...]

Ферменты — белки, участвующие в процессах анаболизма (синтеза) и катаболизма (распада), т.е. в метаболизме. Ферменты распознают соответствующие им метаболиты (субстраты), вступают с ними во взаимодействие и ускоряют химические реакции.
Известно более 2000 ферментов. Они объединены в 6 классов: 1) оксидоредуктазы — окислительно-восстановительные ферменты (к ним относят дегидрогеназы, оксидазы и др.); 2) транс-феразы, переносящие отдельные радикалы и [...]

Облегченная диффузия происходит также в результате разницы концентрации веществ по обе стороны цитоплазматической мембраны. Однако этот процесс осуществляется с помощью молекул-переносчиков, локализующихся в цитоплазматической мембране и обладающих определенной специфичностью. Каждый переносчик транспортирует через мембрану соответствующее вещество или передает его другому компоненту цитоплазматической мембраны — собственно переносчику. Белками-переносчиками могут быть пермеазы, место синтеза которых — цитоплаз-матическая [...]

Для роста микробов на питательных средах необходимы определенные дополнительные компоненты, соединения, которые сами микробы синтезировать не могут, поэтому эти вещества надо добавлять в питательные среды. Такие соединения называются факторами роста. К факторам роста относят: аминокислоты, необходимые для построения молекул белков, пурины и пиримидины — для образования нуклеиновых кислот, витамины, входящие в состав некоторых ферментов. По [...]

Нуклеиновые кислоты бактерий выполняют функции, аналогичные таковым нуклеиновых кислот эукариотических клеток: молекула ДНК в виде хромосомы обусловливает наследственность, РНК (информационная, или матричная, транспортная и рибосомная) участвуют в биосинтезе белка.

Вирусы относятся к царству Vira. Это мельчайшие микробы, не имеющие клеточного строения, белок-синтезируюшей системы, содержащие только один тип нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК).
Они являются автономными генетическими структурами и отличаются особым разобщенным (дисъюнктивным) способом размножения (репродукции): в клетке отдельно синтезируются нуклеиновые кислоты вирусов и их белки, затем происходит их сборка в вирусные частицы. Вирусы, являясь облигатными [...]

Грибы {Fungi, Mycetes) относятся к царству Fungi. Это разнородные нефотосинтезирующие (бесхлоро-фильные) эукариотические микроорганизмы.
Грибы имеют ядро с ядерной оболочкой, цитоплазму с орга-неллами, цитоплазм ати ческу ю мембрану и мощную клеточную стенку, состоящую из нескольких типов полисахаридов (ман-нанов, глюканов, целлюлозы, хитина), а также белка, липидов и др. Цитоплазматическая мембрана содержит фосфолипиды и стеролы. Грибы состоят из длинных [...]

Многие бактерии образуют микрокапсулу — слизистое образование толщиной менее 0,2 мкм, выявляемое лишь при электронной микроскопии. От капсулы следует отличать слизь — муко-идные экзополисахариды, не имеющие четких внешних границ. Мукоидные экзополисахариды характерны для мукоидных штаммов синегнойной палочки, часто встречающихся в мокроте больных с кистозным фиброзом. Бактериальные экзополисахариды участвуют в адгезии (прилипании к субстратам), их еще [...]

Цитоплазма занимает основной объем бактериальной клетки и состоит из растворимых белков, рибонуклеиновых кислот, включений и многочисленных мелких гранул — рибосом, ответственных за синтез (трансляцию) белков. Рибосомы бактерий имеют размер около 20 нм и коэффициент седиментации 705, в отличие от 80»У-рибосом, характерных для эукариотических клеток. Поэтому некоторые антибиотики, связываясь с рибосомами бактерий, подавляют синтез бактериального белка, [...]

Цитоплазматическая мембрана при электронной микроскопии ультратонких срезов представляет собой трехслойную мембрану, окружающую наружную часть цитоплазмы бактерий. По структуре она похожа на плазмалемму клеток животных и состоит из двойного слоя липидов, главным образом фосфолипидов с внедренными поверхностными, а также интегральными белками, как бы пронизывающими насквозь структуру мембраны. Некоторые из них являются пермеазами, участвующими в транспорте веществ. [...]

Бактерии сферо- или протопластного типа, утратившие способность к синтезу пептидогликана под влиянием антибиотиков или других факторов и способные размножаться, называются L-формами (от названия института им. Листера), /.-формы могут возникать и в результате мутаций. Они представляют собой осмотически чувствительные, шаровидные, колбовидные клетки различной величины, в том числе и проходящие через бактериальные фильтры. Некоторые L-формы (нестабильные) при [...]

Белки матрикса наружной мембраны пронизывают ее таким образом, что молекулы белка, называемые поринами, окаймляют гидрофильные поры, через которые проходят вода и мелкие молекулы с относительной массой до 700. Между наружной и цитоплазматической мембранами находится периплазматическое пространство, или периплазма, содержащая ферменты. При нарушении синтеза клеточной стенки бактерий под влиянием лизоцима, пенициллина, защитных факторов организма и других [...]

От липида А отходит ядро, или стержневая часть Л ПС. Наиболее постоянной частью ядра Л ПС является кетодезоксиоктоно-вая кислота (3-деокси^-манно-2-октулосоновая кислота). О-спе-цифическая цепь, отходящая от стержневой части молекулы ЛПС, обусловливает серогруппу, серовар (разновидность бактерий, выявляемая с помощью иммунной сыворотки) определенного штамма бактерий. Таким образом, с понятием ЛПС — связаны представления об 0-антигене, по которому можно [...]

Открытия в молекулярной биологии, генетике и генной инженерии не могли не сказаться на общем уровне развития микробиологии и иммунологии. Перечислим только основные, наиболее существенные и современные достижения микробиологии и иммунологии.
• Расшифровка на молекулярном уровне биологических процессов микробных клеток, обеспечивающих их жизнедеятельность.
• Выявление факторов патогенности микробов и процессов патогенеза инфекционных болезней.
• Расшифровка антигенной [...]

Иммунологический период развития микробиологии заложил прочную основу для выделения в качестве самостоятельной дисциплины иммунологии, а также обогатил микробиологию новыми иммунологическими методами исследования, что позволило поднять микробиологию на более высокий научный и практический уровень. Этому способствовали также успехи в области биохимии, молекулярной биологии, генетики, а впоследствии генной инженерии и биотехнологии. Начиная с 40—50-х годов XX в. [...]

Медицинская микробиология изучает микробов, патогенных для человека; ветеринарная — болезнетворных для животных; сельскохозяйственная — вызывающих заболевания у растений. Морская и космическая микробиология изучают микробов, соответственно обитающих в морях и океанах, водных бассейнах или в космическом пространстве.
Техническая микробиология изучает и реализует в практике возможности и свойства микробов синтезировать и производить в процессе своей жизнедеятельности ценные для [...]