Микробиология и иммунология » синтез

Взаимодействие с бактериальной клеткой

admin — Thu, 18 Feb 2010 13:40:54 +0000

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 отростка. Чехол хвостового отростка сокращается, и стержень с помощью ферментов (лизоцима) как бы просверливает оболочку клетки. При этом нуклеиновая кислота из головки через канал трубки бактериофага инъецируется в клетку, а капсид бактериофага остается снаружи бактерии. Инъецированная внутрь клетки нуклеиновая кислота подавляет биосинтез компонентов клетки, заставляя ее синтезировать нуклеиновую кислоту и белки бактериофага. Образовавшиеся в разных частях клетки компоненты бактериофага собираются в фаговые частицы путем заполнения фаговой нуклеиновой кислотой пустотелых капсидов головки. Затем в результате лизиса клетки бактериофаги выходят из нее. Весь цикл от адсорбции бактериофага на мембране клетки до его выхода из нее занимает 20— 40 мин.
По специфичности взаимодействия с клетками различают следующие бактериофаги: поливалентные, взаимодействующие с родственными видами бактерий; моновалентные, взаимодействующие с бактериями одного вида; типовые, взаимодействующие с отдельными вариантами бактерий данного вида.

Преимущество получения веществ

admin — Mon, 26 Oct 2009 14:09:00 +0000

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 микробиологической промышленности не требуется сложной аппаратуры и в ней в основном применима аппаратура, используемая в химической промышленности.
В биотехнологии нашли применение десятки видов бактерий, дрожжей, вирусов. Обычно используются виды микробов, обладающие высокой синтетической способностью, интенсивным ростом и накоплением целевого продукта, а также безопасностью и безвредностью при массовом культивировании в производственных условиях. Чаще всего в производственных условиях применяют актиномицеты и грибы для получения антибиотиков; дрожжи — в хлебопечении, виноделии, пивоварении, для получения кормового белка, питательных сред; бациллы — для получения ферментов; клостридии — для сбраживания Сахаров в ацетон, этанол, бутанол; псевдомонады — для получения витамина В, молочнокислые бактерии — в пищевой промышленности и т.д.
Кроме того, многие микроорганизмы (бактерии, дрожжи, вирусы) используются в качестве реципиентов генов целевых продуктов для получения рекомбинантных штаммов — продуцентов биотехнологической продукции (гормонов, интерферонов, им-муномодуляторов, вакцин и др.).

Время выращивания большинства бактерий

admin — Mon, 12 Oct 2009 14:10:04 +0000

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 освобожденный от биомассы фильтрат культуральной жидкости, содержащий целевой продукт. Очистку и концентрирование целевого продукта (антибиотика, антигена, фермента и др.) осуществляют одним из известных физико-химических методов: изоэлектрическое и кислотное осаждение, осаждение кислотами, спиртами, высаливание, хроматография и др. Затем очищенному и концентрированному продукту или культуре бактерий (например, при изготовлении живых и убитых вакцин) придают конечную форму в виде жидкого, сухого, таблетированного препарата, который стандартизуют и контролируют по активности, физико-химическим и медико-биологическим параметрам.
По изложенной выше схеме получают биотехнологическую продукцию и при культивировании животных и растительных клеток. Растительные клетки используют для получения фармацевтических веществ (женьшень, мочегонные, сердечно-сосудистые и другие препараты), а животные клетки — для выращивания вирусов с целью получения вакцин, антигенов, гормонов, эндогенных иммуномодуляторов и других биологически активных веществ. Однако культивирование животных и растительных клеток значительно сложнее и дороже, чем культивирование бактерий, так как выращивание этих клеток в отличие от бактерий требует сложных по составу питательных сред, специальной аппаратуры и условий культивирования. Поэтому в биотехнологии интенсивно разрабатываются и уже используются рекомбинантные штаммы бактерий, способные синтезировать продукт растительной и животной природы.

Генетическая инженерия в биотехнологии

admin — Mon, 05 Oct 2009 14:10:25 +0000

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 исходную ДНК «чужого» гена, вьщеленного из другой ДНК или полученного химическим синтезом; в) введение рекомбинантной ДНК в живую клетку (бактерий, дрожжей, растительных или животных клеток, клеток человека); г) создание условий для проявления (экспрессии) генов рекомбинантной ДНК в живой клетке и секреции нового продуцента, кодируемого «чужим» геном.
Показана схема получения рекомбинантных ДНК и рекомбинантных штаммов микробов. Из рис.6.1 видно, что клонированный (т.е. выделенный из ДНК клетки) природный или химически синтезированный ген целевого продукта (например, инсулина, интерферона) встраивается в ДНК (например, в плазмиду какой-либо бактерии или в ДНК вируса) после расщепления ДНК с помощью ферментов рестриктаз. Вставленный в расщепленную ДНК ген «сшивается» с этой ДНК с помощью ферментов лигаз. Полученная рекомбинантная ДНК бактерий или вируса затем вводится в эту же микробную клетку или вирусную частицу, из которой была взята, и таким образом получают рекомбинантный штамм бактерий или вирусов.
При культивировании рекомбинантного штамма в процессе роста и размножения этот штамм синтезирует не свойственный ему продукт, кодируемый встроенным чужеродным геном (например, инсулин, интерферон).
На этом принципе в настоящее время получены сотни рекомбинантных штаммов бактерий, дрожжей, вирусов, способных продуцировать разнообразные биологически активные вещества: антигены, антитела, ферменты, гормоны, иммуномоду-ляторы и др. Технология получения биологически активных веществ, основанная на применении рекомбинантных штаммов по существу не отличается от типовой биотехнологической схемы. Она сводится к культивированию рекомбинантного штамма, выделению синтезируемого штаммом целевого продукта, его очистке и концентрированию и созданию конечной формы препарата.

Применение генетической инженерии в биотехнологии

admin — Mon, 21 Sep 2009 14:10:50 +0000

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 превосходит по активности интерферон, полученный из лейкоцитов крови, и значительно дешевле последнего. Приготовление препаратов из антигенов возбудителей особо опасных инфекций (чума, холера) можно заменить биосинтезом их рекомбинантными штаммами непатогенных бактерий.

Реорганизация генов

admin — Sun, 13 Sep 2009 14:48:36 +0000

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.

Генетическая регуляция синтеза факторов патогенности

admin — Sun, 13 Sep 2009 14:48:11 +0000

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 или через организм восприимчивого животного. Стойкие изменения вирулентности возникают в случае мутаций или рекомбинаций и связаны с изменениями генотипа микроба.

Механизм действия белковых токсинов

admin — Sun, 13 Sep 2009 14:46:58 +0000

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 бактериального токсина, получили название токсинелшческих инфекций (дифтерия, столбняк, ботулизм, анаэробная газовая инфекция). Для профилактики и лечения токсинемических инфекций применяют анатоксины и антитоксические сыворотки.

Под действием физических, химических и биологических факторов вирулентность

admin — Sun, 13 Sep 2009 14:45:14 +0000

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 высоковосприимчивых животных, при лизогении, мутациях и рекомбинациях. Примером изменения вирулентности могут служить образование капсул у бактерий при попадании в организм, температурозависимый синтез ин-вазивных белков у иерсиний и К/'-антигена у Salmonella typhi, образование индуцибельных ферментов и др.

Появление в генетическом аппарате бактерии

admin — Sun, 13 Sep 2009 14:17:37 +0000

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, около 95 % стафилококков стали вырабатывать одну из р-лактамаз, пенициллиназу и поэтому приобрели устойчивость к пенициллину.