Микробиология ~ наука о микроскопически малых существах назывх микроорганизмами

Работа добавлена на сайт samzan.net:

1.  Предмет, задачи, достижения современной микробиологии.

Микробиология – изучает особые живые организмы, именуемые микроорганизмами с различных точек зрения (1)

Микробиология – наука о микроскопически малых существах, назыв-х микроорганизмами.

Микробиология изучает морфологию, физиологию, биохимию, генетику и экологию микроорганизмов, их роль, значение в круговороте веществ, в экономике, в патологии человека, животных, растений. (можно назвать их задачами)

Объект: преимущественно одноклеточные орг-мы

- бактерии (они в основном предмет изучения)

- микроскопич. грибы

- микроскопич. водоросли

- простейшие

- вирусы

Микроогранизмы в таксономическом отношении очень неоднородная группа, отличаются:

-морфологией

-строением

- физиологией

- типами конструктивного и энергетич. Метаболизма

- особенностями питания

1) размеры

В среднем линейные размеры бактерий – 0.5-3 мкм

Клетки нитчатой серобактерии Beggiatoa alba – диаметр до 500 мкм

Achromtium oxaliferum – длина 15-100 мкм, поперченик 5-33 мкм

Спирохеты – длина до 250 мкм

Микоплазмы – диаметр 0.1-0.15 мкм

Дрожжи, миц.грибы, простейшие, водоросли – 10-100 мкм

2) высокое отношение площади поверхности клетки к ее объему

Метаболическая активность в расчете на единицу биомассы клетки намного выше, чем у раст. и жив.

3) Высокая пластичность метаболизма, что ведет к быстрому приспособлению к изменению условий внешней среды (индуцибельные ферменты)

4) большое разнообразие экологических ниш, способны перерабатывать различные субстраты

5) быстрое размножение (Е.coli за 20 минут при 37 С)

6) отсутствие дифференцировки на ткани и органы

(2)

Достижения микробиологии («Золотые эры микробиологии»)

I.

Направления:

1. физиология бактерий

- методы культивирования бактерий

- питание бактерий

 - классификация бактерий по фенотипам

- роль бактерий в круговороте веществ

2. медицинская микробиология

- микробы как возбудители заболеваний

-вирусы

3. Иммунология

-фагоцитоз

- антитела

Практические аспекты:

- клиническая диагностика инфекций

- антимикробная химиотерапия

- вакцины

- промышленная микробиология (ферментация)

II.

Направления:

1. Генетика бактерий

- структура ДНК как генетического вещества

- генетический код

- механизм экспрессии генов

- регуляция экспрессии генов

- транспозоны

2. Физиология бактерий

-транспорт веществ в клетку

3. Клеточная иммунология

Практические аспекты:

-генетическая инженерия

- сиквенс нукл.кт и белков

- классификация микробов по генотипам

- моноклональные антитела

III.

Направления:

1. Геномика и эволюция:

-диапазон горизонтального генетического обмена

- разнообразие в микробных популяциях

2. Экология микроорганизмов

- идентификация некультивируемых микробов

- влияние микробов на развитие «хозяина»

- взаимодействия между микроорганизмами

3. Физиология м/о

- механизм передачи сигналов в клетке

- глобальные регуляторные системы клетки

- взаимодействия между белками

4. Врожденный иммунитет

Практические аспекты:

- идентификация некультивируемых микробов

- экспресс-методы идентификации м/о

- новые мишени антимикробной терапии

- биохимическая инженерия

- использование микробов в биоремедиации (очищение внешней среды от различных загрязнений)

(1)

1 – конспект с1

2- Лысак, с. 6

1.  Эксперимент Дж.Ледерберг и Э.Ледерберг, доказывающий мутационную природу изменчивости бактерий

1952- Дж.Ледерберг и Эстер Ледерберг разработали непрямой отбор мутантов методом реплик или отпечатков.

Осущ. при помощи стерильных кусочков бархата с коротким, жестким и густым ворсом. Бархат помещают на столик для реплик (деревянный или металлический) и закрепляют металлическим кольцом, чтобы поверхность была без морщин. Чашки Петри с выросшими колониями микроорганизмов накладывают поверхность среды на бархат и слегка прижимают. Чашку осторожно снимают. Ткань с отпечатками колоний может служить исходным штампом для засева методом реплик других чашек со средой.

Опыт Ледербергов:

Чистую культуру фагочувствительных E.coli  в бульоне без фага, до концентрации 108 кл/мл. Высевали на поверхность среды в чашке Петри для образования сплошного роста. Методом реплик пересевают бактерии на 2 чашки – одна с обычной средой, другая предварительно засеянная фагом. Помещали в термостат. На чашке с фагом формировались отдельные фагоустойчивые бактерии. Затем чашки 1 и 2 совмещали и из чашки с обычным агаром в питательный бульон пересевали клетки из участка, соответствующего колонии фагоустойчивых бактерий. Снова засевали в чашку, переносили методом реплик на 2 чашки (с фагом и без).

Такую процедуру повторяли несколько раз пока не получили суспензию фагоустойчивых мутантов, никогда не имевших контакта с фагом.

Примечание к рисунку: каждый раз из бульона на чашку засевались бактерии с уменьшающейся концентрацией.

Этот эксперимент доказывает мутационную природу изменчивости бактерий

(2, с 172)

1.  Эксперименты О.Эйвери и соавт. и значение полученных ими результатов

В 1944 г. Освальд Эйвери и сотрудники МакЛеод и МакКарти идентифицировали трансформирующий элемент как ДНК. Это был 1-й экспериментальный факт, доказывающий генетическую роль ДНК.

В эксперименте по трансформации использовали различные фракции клеток (белок, полисахариды, ДНК, РНК) и ими пытались осуществить трансформацию.

Только ДНК трансформировали клетки.(1, с 60)

В 1946 г. Эйвери и МакКарти обработали ДНК высокоочищенной ДНКазой и трипсином.

Трипсин не снижал трансформирующую активность

ДНКаза – снижает вплоть до прекращения.(1)

Методика опыта Эйвери:

Капсульные клетки пневмококков типа SIII, убитые нагреванием при 65 С, лизировали с помощью дезоксихолата натрия. Лизат осаждали спиртом. Полученный осадок растворяли и из него удаляли белок и полисахариды. После нескольких дополнительных переосаждений спиртом получали препарат ДНК, содержащий только 3% белка. Этим препаратом обрабатывали бескапс. клетки типа II (RII). Частота появления трансформантов была высокой. Получали клетки SIII.

Протеолитические ферменты и РНКаза на трансф. активность не влияли. ДНКаза снимала ее полностью

Значение их экспериментов: было доказано, что трансформирующим началом является ДНК. Значит, ДНК – это вещество наследственности

Позднее было показано, что использовании ДНК, меченой по фосфору (32P), метка необратимо встраивается в ДНК бактерии-реципиента. Между степенью включения метки и числом трансформантов существует прямая зависимость

(2 с 210)

Явление трансформации открыл Ф.Гриффит в 1928 на Diplococcus pneumoniae (=Streptococcus), который вызывал у мышей общее заражение крови. Из крови получали чистую культуру возбудителя.

Вирулентность пневмококка связана с наличием капсулы. Было известно, что можно получить бескапсульные формы.

Капсульные формы на агаре формируют влажные слизистые, блестящие колонии. S-форма (smooth).

Бескапсульные – сухие, шероховатые, морщинистые колонии с неровным краем. R-форма (rough)

Эксперимент Гриффита – см конспект с 60

В 1930 г. Даусон воспроизвел эксп. Гриффита с пневмококками других типов (1)

Установил, что выдерживание суспензии клеток в течение 2 суток при 37 С уничтожает трансформирующую активность такого препарата(2)

1931 г. Даусон и Сиа осуществили трансформацию признака капсулообразования путем выращивания клеток R-формы на твердой среде, куда были добавлены убитые клетки S-формы (1)

А также в жидкой питательной среде с добавлением крови (2)

1932,33 Элоуэй использовал бесклеточные экстракты S-клеток, трансформировал R-клетки в капсульные формы (1)

Пневмококки были разрушены замораживанием-оттаиванием или дезоксихолатом натрия, и лизат несколько раз переосаждали спиртом. Полученный осадок растворяли и смешивали с бескапсульными живыми клетками. Получали с высокой частотой капсульные клетки. (2)

Таким образом, работы 1928-1933 годов доказали существование трансформации у пневмококков. Явление может происходить как в организме животного, так и in vitro. Для трансформации необходим какой-то фактор, который не инактивируется при обработке лизата клеток спиртом. (2)

1.  Открытие микроорганизмов. Царство «Протистов» и его основные группы

 

История:

Антони Ван Левенгук – первооткрыватель микроорг. С помощью линзы – м/о несколько мм в диаметре

(Первым человеком, увидевшим микроорганизмы, был голландец Антони ван Левенгук (Antony van Leeuwenhoek, 1632—1723), мануфактурщик из Дельфта1. Заинтересовавшись строением льняного волокна, он отшлифовал для себя несколько грубых линз. Позднее А. ван Левенгук увлекся этой тонкой и кропотливой работой и достиг большого совершенства в деле изготовления линз, названных им "микроскопиями". По внешней форме это были одинарные двояковыпуклые стекла, оправленные в серебро или латунь (то, что мы теперь называем "лупы"), однако по своим оптическим свойствам линзы А. ван Левенгука, дававшие увеличение в 200—270 раз, не знали себе равных. (Достаточно напомнить, что теоретический предел увеличения двояковыпуклой линзы — 250–300 раз.) (3, история) и дальше см. Гусева, Минееву

Л.Пастер – доказал, что жизнь не самозарождается в современных условиях

Является основоположником научной иммунологии, отец биотехнологии, научной микробиологии

Периоды истории микробиологии:

I.1. Решение проблемы самозарождения жизни

Пастер, Тиндаль

1.  Выяснение природы брожения

Пастер, Либих

1.  Открытие природы ферментации сахаров с помощью бесклеточных экстрактов дрожжей

Бухнер

1.  Процесс ферментации (молочное брожение) – осуществляется микроорганизмами

Листер

II. Выяснение природы инфекционных заболеваний

Листер, Кох

III. Изучение механизма невосприимчивости к инфекционным заболеваниям

Дженнер, Пастер, Мечников, Беринг, Икитозато (?), Барде

IV. Открытие вирусов

Ивановский, Бейрин, ДеРель

V. Разработка принципов химиотерапии инфекционных заболеваний

Флеминг, Эрвинг

VI. Изучение ряда общих вопросов микробиологии

Грам, Петри, Бейринг, Виноградский

Современный этап – с 40 гг. XX века

Возникли:

-иммунология

-вирусол.

- молек.биология

-молек.генетика

-ген.инженерия

-биотехнология

В процессе развития разделились:

-медицинская микробил.

- сельскохозяйственная

-почвенная

- промышленная

- и т.д.

Новая тенденция – объединение направлений (в будущем – интегративная микробиология)

(1, с 1-2)

Критерии общности живых существ:

1.  Наличие и функции белков и нуклеиновых кислот
2.  Структурная организация (клетки)

1866 Геккель выделил Царство Протиста

1935 деление на прокариот и эукариот. Это привело к разделению Ц.Протист на 2 категории: высшие и низшие протисты

Низшие протисты характеризуются:

- нет истинного ядра

-нет хлоропластов, митохондрий

-нет ЭПС

-нет мембранных вакуолей

- нет митотического аппарата

- особый тип метаболизма, который не выделяют у эукариот. В частности, фотосинтез, хемосинтез. Разница в том, что фотосинтез прокариот происходит по растительному типу у сине-зеленых водорослей. Есть уникальный тип фотосинтеза (остальные бактерии). Подавляющее большинство бактерий – хемосинтетики. Характер энергетического метаболизма очень своеобразен.

- некоторые способны существовать в бескислородных условиях (строгие анаэробы)

- некоторые способны к движению, органеллы движения существенно отличаются от эукариот

- особый тип движения – скользящий (глайдинг)

- наличие у большинства ригидной клеточной стенки из уникального полимера – муреина (глюкопептид, пептидогликан) N-ацетилглюкозамид + N-ацетилмураминовая кислота – уникальный составляющий компонент

- имеются D-вращающие элементы аминокислот: диаминопимелиновая кислота – только у прокариот, в состав клеточной стенки которых входит пептидогликан

Исключения – не имеющие пептидогликана

Низшие протисты:???????????

1.  Сине-зеленые водоросли (=цианобактерии)

Способны осуществлять растительный тип фотосинтеза. Особый тип подвижности – глайдинг (скользящий)

1.  Эубактерии

Ригидная клет.стенка, содержит пептидогликан, жгутики у подвижных

1.  Миксобактерии

Не имеют ригидной клеточной стенки. Глайдинг у подвижных (на плотном субстрате)

1.  Спирохеты

Не имеют ригидной клеточной стенки, уникальное строение клетки, движение с помощью аксостиля (подвижная осевая нить)

Дополнение: Фотосинтезирующие бактерии

(пурпурные, зеленые) бескислородный тип фотосинтеза, поглощение инфракрасных волн или близких к инфракрасным

(1)

Или см. Гусева, Минееву или Лысака….

1.  Структурная организация бактериальной клетки

Строение идеализированной бактериальной клетки

Среди клеточных структур выделяют

-жизненноважные

-жизненноневажные

Важные:

-ядро

-цитоплазматическая мембрана

-цитоплазма

-рибосомы

Очень важно – отсутствие компартментализации клетки с помощью мембран

Рисунок идеализированной эубактериальной клетки см в конспекте с 7.

Цитоплазматическая мембрана – избирательно проницаемый барьер, создает границы клетки, осуществляет транспорт питательных веществ и отходов, является местом прохождения многих метаболических процессов (дыхание, фотосинтез), восприятие сигналов окружающей среды для хемотаксиса

Внутриклеточные мембраны и ламеллы – у Nitrobacter, Nitrosomonas, Nitrosococcus – стопки ламелл, особенно богаты фототрофные пурпурные бактерии. Видимо, возникают путем впячивания плазм.мембраны. Фотосинтетич. Мембраны сходны по строению и хим.составу в цитоплазм.мембраной, но содержит пигменты, поглощающие свет(бактериохлорофиллы и каротиноиды), и компоненты электрон-транспортной цепи и фосфорилирующей системы (6)

Газовая вакуоль – плавучесть для плавания в водных местообитаниях

Имеют веретенообразную форму, оболочка состоит из чистого белка, имеющего складчатую структуру. Толщина всего 2 нм.. Внутренняя сторона – гидрофобна, наружная – гидрофильна.

Включения – хранение углерода, фосфатов, др. (поли-бета-гидроксимасляная кислота, волютин, карбоксисомы, гранулезы) (5)

Запасные питательные вещества – полисахариды, жиры, полифосфаты, сера. Содержатся в нерастворимом в воде виде.

Гранулоза – крахмалоподобное соединение у клостридиев, окрашивается йодом в синий цвет.

Запасные полисахариды – гликоген и крахмал. Образуются из альфа-D-глюкозы, молекулы закручены винтообразно, альфа-1,4-гликозидные связи. Крахмал – Neisseria, Acetobacter, гликоген – E.coli, Salmonella, бациллы, дрожжи, др. Гликоген встречается чаще (2)

Жироподобные вещества – поли-бета-гидроксимасляная кислота

Нейтральные жиры- триглицериды  - в больших количествах у дрожжей и др.грибов

Полифосфаты =волютин, =метахроматические гранулы. Это полифосфаты с длинной цепью. Фосфатное депо, за счет этого клетка может совершить несколько делений при отсутствии фосфатов в среде. Как источники энергии играют второстепенную роль.

Сера – у бактерий, окисляющих сульфид до сульфата. Для одних – источник энергии, для других – донор электронов (6)

Карбоксисомы –образования в форме многогранника, диаметр 90-100 нм, окружены однослойной белковой оболочкой, содержат фермент рибулозобисфосфаткарбоксилазу. Содержатся в клетках некоторых автотрофных бактерий. В некоторых обнаружена ДНК. Возможно, она кодирует белки оболочки

Рапидосомы – внешне напоминают компоненты бактериофагов. Полагают, что это дефектные бакт. вирусы. В них обнаружена РНК

Магнитосомы – содержат водные бактерии, способные ориентироваться в магнитном поле. Содержат 0.4% железа, располагаются вблизи мест прикрепления жгутиков. Fe3O4 , 40-50 нм в диаметре. По форме  и количеству различны

Рибосомы — место синтеза белка — рибонуклеопротеиновые частицы размером 15—20 нм. Их количество в клетке зависит от интенсивности процессов белкового синтеза и колеблется от 5000 до 50 000. Общая масса рибосом может составлять примерно 1/4 клеточной массы, а количество рибосомальной РНК (рРНК) — 80–85% всей бактериальной РНК. Отношение рРНК/белок в рибосомах Е. coli составляет 2:1, у других прокариот оно может быть несколько сдвинуто в сторону преобладания белка. Рибосомы прокариот имеют константу седиментации 705, отчего получили название 70S-частиц. Они построены из двух неодинаковых субчастиц: 305- и 50S-субъединиц9. 30S-частица содержит одну молекулу 16S-рРНК и в большинстве случаев по одной молекуле белков 21 вида. 50S-субъединица состоит из двух молекул рРНК (235 и 55). В ее состав входят более 35 различных белков, также представленных, как правило, одной копией. Большая часть рибосомальных белков выполняет структурную функцию.

9 Обозначения 30S, 50S, 70S — константы седиментации, характеризующие скорость, с которой эти частицы осаждаются в центрифуге при определенных стандартных условиях.

Синтез белка осуществляется агрегатами, состоящими из рибосом, молекул информационной и транспортных РНК и называемыми полирибосомами, или полисомами. Последние могут находиться в цитоплазме или же быть связанными с мембранными структурами.(3)

Различия между рибосомами бактерий и эукариот – основа действия антибиотиков. (2)

Нуклеоид – содержит генетический материал

Вся генетическая информация прокариот содержится в одной молекуле ДНК, имеющей форму ковалентно замкнутого кольца и получившей название бактериальной хромосомы10. Длина молекулы в развернутом виде может составлять более 1 мм, т. е. почти в 1000 раз превышать длину бактериальной клетки. Длительное время считали, что в распределении нитей ДНК бактериальной хромосомы не прослеживается никакой закономерности. Однако если исходить из того, что молекула ДНК образует беспорядочный клубок, трудно объяснить процесс репликации и последующее распределение образовавшихся хромосом по дочерним клеткам. Специальные исследования показали, что хромосомы прокариот представляют собой высокоупорядоченную структуру, имеющую константу седиментации 1300—2000S для свободной и 3200—7000S для связанной с мембраной формы. В том и другом случае часть ДНК в этой структуре представлена системой из 20—100 независимо суперспирализованных петель. В обеспечении суперспирализованной организации хромосом участвуют молекулы РНК.(3)

Плазмиды

Периплазматическое пространство – простанство между клеточной стенкой и цитолпзаматич. мембраной. Там наблюдается значительная активность ферментов. Происходят некоторые этапы синтеза клеточной стенки, находятся рецепторы, ответственные за хемотаксис, расположены связывающие белки, которые вырабатываюься грам-отриц. бактериями, они обратимо связываются с молекулами субстрата, концентрируют их и передают мембранному переносчику. Существуют разногласия, естьли периплазмау гр+ бактерий. (5, ч4 с 34)

Клеточная стенка – обеспечивает форму клетки и защищает от лизиса в растворах с низким осмотическим давлением. Внутреннее давление клетки может достигать 10-12 атм. Защищает клетку от проникновения высокомолекулярных структур внутрь клетки

Капсулы и слизистые слои – устойчивость к фагоцитозу и прикрепление к поверхностям. Имеют аморфное строение. Микрокапсула – меньше 0.2 мкм, больше – макрокапсула. Обнаруживается в капле туши. Также есть чехлы, имеющие слоистое строение, иногда инкрустированы окислами металлов (если бактерии окисляют соединения металлов). Есть много переходных форм между чехлами и капсулами. Это не обязательный компонент клетки. Химический состав капсулы видоспецифичен, основные химические компоненты – полисахариды гомо- или гетерополимерной природы. Исключение – некоторые виды Bacillus – полимер D-глутаминовой кислоты. Для ряда бактерий показана способность синтезировать и выделять в окружающую среду волокна целлюлозы.

Капсулы защ. Клетку от механических повреждений, высыхания. Создают дополнительный осмотический барьер, служат препятствием для проникновения фагов. Иногда – источник запасных питательных веществ. Связь между соседними клетками колонии. (3)

Капсульные полисахариды содержат помимо глюкозы аминосахара, рамнозу, 2-кето-3-дезоксигалактоновую кислоту, уроновые кислоты, орг.кислоты – пировиноградная, уксусная.

Обильно слизеобразование наблюдается в случаях, когда среда содержит сахарозу (бактерия Leuconostoc mesenteroides быстро превращает раствор тростникового сахара в декстрановый студень)

Стрептококки, вызывающие кариес, выделяют гликозилтрансферазу, превращ. Сахарозу в полифруктозы (леваны), которые откладываются на поверхности зубов и служат матриксом, в котором накапливаются кислые продукты брожения, вызываемого стрептококками, молочная кислота.

Также могут образовываться трубковидные чехлы у хламидобактерий, стебельки – направленное выделение слизи, которое создает возможность ограниченного перемещения, слизь может связывать отдельные клетки в длинные ленты или кожистые пленки

Если связь с клеточной стенкой прочна – капсула, непрочна – слизь.

(6, с 60)

Фимбрии и пили – прикрепление к поверхности, коньюгация

К поверхностным структурам бактериальной клетки относятся также ворсинки (фимбрии, пили). Их насчитывается от нескольких единиц до нескольких тысяч на клетку. Эти структуры не имеют отношения к движению бактерий и обнаружены у подвижных и неподвижных форм. Ворсинки построены из одного вида белка — пилина — и представляют собой прямые белковые цилиндры, отходящие от поверхности клетки. Они, как правило, тоньше жгутиков (диаметр — 5—10 нм, длина 0,2–2,0 мкм), расположены перитрихиально или полярно. Больше всего сведений имеется о ворсинках Е. coli. У этой бактерии описаны ворсинки общего типа и половые.

Ворсинки общего типа придают бактериям свойство гидрофобности, обеспечивают их прикрепление к клеткам растений, грибов и неорганическим частицам, принимают участие в транспорте метаболитов. Через ворсинки в клетку могут проникать вирусы.

Наиболее хорошо изучены половые ворсинки, или F-пили, принимающие участие в половом процессе бактерий. F-пили необходимы клетке-донору для обеспечения контакта между ней и реципиентом и в качестве конъюгационного тоннеля, по которому происходит передача ДНК. Ворсинки нельзя считать обязательной клеточной структурой, так как и без них бактерии хорошо растут и размножаются.(3)

Флагеллы (жгутики) – движение, их количество и расположение видоспецифично, однако могут определяться условиями культивирования и стадией жизненного цикла.

Полярное или субполярное расположение – около полюса

-латеральное р – вдоль боковой поверхности

Монополярные монотрихи – 1жг у 1 полюса

Монополярные политрихи – пучок жг у одного полюса

Биполярные политрихи – пучок жг у 2 полюсов

Перитрихи – жг по всей поверхности клетки. Обычная толщина жгутика 10—20 нм, длина — от 3 до 15 мкм. У некоторых бактерий длина жгутика может на порядок превышать диаметр клетки. Как правило, полярные жгутики более толстые, чем перитрихиальные. Жгутик представляет собой относительную жесткую спираль, обычно закрученную против часовой стрелки. Вращение жгутика также осуществляется против часовой стрелки с частотой от 40 до 60 об/с, что вызывает вращение клетки, но в противоположном направлении. Поскольку клетка намного массивнее жгутика, она вращается со значительно меньшей скоростью — порядка 12—14 об/мин. Вращательное движение жгутика преобразуется также в поступательное движение клетки, скорость которого в жидкой среде для разных видов бактерий составляет от 16 до 100 мкм/с. (3)

Эндоспоры – выживание при неблагоприятных условиях. Это не вегетативный компонент клетки, но также не служит для размножения, т.к. 1 клетка - 1 эндоспора – 1 клетка. Содержит весь набор генов данной бактерии, имеет оболочку, набор ферментов. При высвобождении споры материнская клетка разрушается. Рекорд сохранения жизнеспособности споры в лабораторных условиях – 50 лет. Характеризуются повышенной предомляемостью. (1)

(5)

Читать Шлегеля!

1.  Морфологическое разнообразие бактерий

См. Лысака с,35 по оглавлению или 39 в программе

1.  кокки 1-2 мкм, м.б. овальными,эллипсоидными, бобовидными. Способны делиться в неск. Плоскостях, формируют различного вида скопления:

-диплококки Neisseria

-стрептококки – цепочки разной длины (Streptococcus, Enterococcus,and Lactococcus

-стафилококки – неправильные по форме скопления, напоминают виноград Staphylococcus

-тетракокки –делятся в 2 взаимно перпендикулрных плоскостях

-сарцины – дел. В 3 взаимно перпендикулярных плоскостях Sarcina

1.  Палочковидные (цилиндрические) Bacillus megaterium

Делятся в 1 плоскости – перпендик. оси цилиндра

- монобактерии

- диплобактерии

-стрептобактерии (цепочки)

1.  Извитые

В зависимости от формы и кол-ва завитков:

- вибрионы – 1 завиток – изогнутые клетки наподобие спирали

-спириллы – 3-5 крупных завитков

-спирохеты – много мелких завитков

1.  Другие формы

- клетки с выростами

- булавовидной формы

- веретенообразные

- ланцетовидные

- резветвленные нитчатые

- неразветвленные нитчатые

- замкнутое или разомкнутое кольцо (зависит от стадии роста)

- ветвящиеся

- напомин. шестиугольную звезду

- пластинкообразные

-в виде кусочков битого стекла

- квадратные

- червеобразной формы

- и т.д.

- плейоморфные

Форма многоклеточных прокариот также разнообразна: это скопления различной конфигурации, чаще — нити (3)

рис из (5, ч4, с 12)

Актиномицеты могут формировать длинные многоядерные филаменты или гифы, которые могут ветвиться и  формировать сеть – мицелий (псевдомицелий).

Некоторые бактерии плоские. Например, Антони Уолсби (Walsby) обнаружил квадратную бактерию, 2мкм на 2-4мкм и 0.25 мкм толщиной.

Некоторые бактерии плейоморфные, меняют форму, хотя некоторые, например Corynebacterium, могут обычно иметь палочкообразную структуру.

Бактерии также различаются по размерам. Самые маленькие – из р.Mycoplasma – 0.3мкм в диаметре. E.coli – бактерия среднего размера – 1.1-1.5 мкм шириной, 2-6 мкм в длину.

Некоторые спирохеты 500 мкм в длину, цианобактерия Oscillatoria 7 мкм в диаметре, Acanthus nigrofuscus, Epulopiscum fishelsoni – 600 на 80 мкм (из кишечника рыб). Так, некоторые бактерии могут больше средней эукариотической клетки. (4 или 5)

1.  Общая характеристика эубактерий

????????

1.  Строение и функции клеточных стенок бактерий

Функции:

- обеспечивает форму клетки

-защищает клетку от неблагоприятных воздействий (лизиса). Внутреннее давление может достигать 10-12 атмосфер

- защищает  клетки от проникновения высомолекулярных структур внутрь клетки

- не является жизненноважной структурой

клетки с удаленной клеточной стенкой = протопласты. сохраняют жизнеспособность только в гипертонической среде

или сферопласты (у Гр-) – сохраняют часть внешней мембраны.

Это главная фракция клеточного материала. 30-35% сухого веса бактерий.

Подвергая бактерии механическому разрушению (или химическому) можно получить препараты клеточной стенки.

Основные компоненты: пептидогликан (=муреин)

Дополнительные комп.: липиды, белки, гликопротеиды, гликолипиды, др.

Качественный состав клеточной стенки варьирует, хотя можно разделить на 2 категории:

- грам-положительные

- грам-отрицательные

Пептидогликан состоит из 2 аминосахаров (N-ацетилглюкозамин, N-ацетилмурамовая кислота, они чередуются), соединенных в цепочки бета-1,4-гликозидными связями, а цепочки соед.между собой с пом.аминокислотных остатков (через лактильные группы мурамовой кислоты, между ними – другие аминокислоты). Формируется сеть(мешкообразная макромолекула), охватывающая всю клетку. Механически прочная.

Формулу см. в (2, с 42 по программе)

Типичные аминокислоты в составе муреина: L-аланин, D-аланин, D-глутаминовая кислота, мезо-диаминопимелиноая кислота. У некоторых – вместо диаминопимелиновой кислоты встречается L-лизин, L- или D-орнитин, либо 2,4-диаминомасляная кислота, либо гомосерин, либо гидроксилизин.

Диаминокислоты играют большую роль в образовании межмолекулярных сшивок (2)

Раньше предполагали, что цепи образуют замкнутые кольца вокруг клетки, но это не так. Скорее всего, длина цепей не более 50-500 звеньев. Образуется менее регулярная сеть (6, с 53)

Клетки грам-отрицательных бакт. Устроены более сложно. Есть дополнительная внешняя мембрана.. Муреиновая сеть однослойная, менее 10% сух.массы клет.стенки. Сод. только м-диаминопимелиновую кислоту, нет лизина, строение муреинового мешка одинаково у всех видов (Гр-)бактерий. Сод. большое кол-во липопротеинов, липополисахаридов, и др. липидов, наклеены снаружи на муреин. Сост. 80% сух. массы клет. стенки. Для сохранения стабильности этого слоя необходимы ионы кальция. Тейховые кислоты не обнаружены

Рисунок см. в конспекте с 8.

Рисунок из (4, с 72)

У Грам-положительных бактерий периплазматического пространства нет. Доля муреиновой сетки составляет 30-70% сух. массы клетки, толщина 40 слоев. Вместо мезо-диаминопимелиновой кислоты – LL-диаминопимелиновая кислота или лизин. Строение опорного каркаса видоспецифично. Содержание белков невелико.

Характерная особенность – наличие тейхоевых кислот. (цепи из 8-50 остатков глицерола и рибитола, связ. фосфатными мостиками. Вероятно, связаны с муреином по типу амида ) (6, с 53)

Принцип окраски по Грамму:

Бактериальный мазок высушивается, окрашивается генцианом фиолетовым, промывается. Доб. раствор  Люголя (йод образует с красителем комплекс, нерастворимый в воде, и плохо растворимый в спирте и ацетоне). Обесцвечивается ацетоном или спиртом.

Иногда исп. и водный раствор фуксина

Грам+ - фиол

Грам- красные

Это связано со строением клеточной стенки.

Если содержится много липидов – краситель удаляется вместе с вне. мембраной спиртом.

Грам+ имеют небольшое количество липидов, спирт не может проникать в цитоплазму и вымывать краситель, зато вызывает обезвоживание пептидогликана, что приводит к его уплотнению

(1)

Клеточной стенки нет у микоплазм и L-форм

1.  Бактериальные протопласты и сферопласты

Протопласты – клетки округлой формы, полностью лишенные остатков клеточной стенки, окруженные только цитоплазматической мембраной. Образуются чаще из (Гр+)

Сферопласты – сохраняются остатки клеточной стенки, обр. из (Гр-)

Можно получить в лаборат. условиях, обрабатывая клетки лизоцимом (=N-ацетилмурамидаза), антибиотиками пенициллинового ряда (пенициллин, ампициллин, карбенициллин) или циклосерином, подавляющим синтез муреина.

Антибиотики и циклосерин действуют только на растущие клетки, нарушая процесс синтеза муреина, препятствуют поперечной сшивке петидогликановых цепей, т.е. образованию пептидных связей.

Также можно использовать фермент эндопептидаза

Лизоцим был открыт Флемингом в 1922 г.

Протопласты и сферопласты стабильно сохраняются в гипер- или изотоническох условиях. сахароза или маннит в конц. 0,1-1 М. В гипотонич.условиях они лопаются и образуют «тени» - остатки цитоплазматич. мембран.

Протопласты и сф. в 3-10 раз крупнее исходных клеток. Они осуществляют обмен веществ, дыхание, синтезируют биополимеры, образуют эндоспоры, если процесс споруляции запущен. Иногда растут и делятся. На них не адсорбируются фаги и бактериоцины. Отсутствуют мезосомы.

При снятии действия фактора, влияющего на образование муреина, протопласты или отмирают, или регенерируют клеточную стенку, могут превращаться в L-формы.

L-формы: бактерии, частично либо полностью лишенные клет.стенки, но сохр. способность к развитию. Впервые обнаружены в Листеровском Институте в Лондоне в культуре бактерий Streptococcus moniliformes.

Возникают спонтанно или индуцировано агентами, блокирующими синтез клет.стенки. Образуются в результате несбалансированного роста нормальных бакт. клеток в толщину и поэтому плейоморфные. 0,2-50 мкм. Проходят через бактериальные фильтры, имеют хорошо развитую систему мезосом, часто содержат крупные вакуоли. Понижен уровень метаболич. активности. Не функционируют нормальные механизмы клеточного деления, делятся с образованием элементарных тел, которые отпочковываются от поверхн.клетки. Бывают стабильные (способны ревертировать в нормальные бакт.клетки) и нестабильные (не способны)

(2)

У L-форм, полученных из грамотрицательных бактерий, внешний слой клеточной стенки продолжает синтезироваться. Это доказывается электронной микроскопией и тем, что у L-форм сохраняются O-антигены и они все еще чувствительны к фагам, которые адсорбируются на внешней мембране.

1.  Пептидогликановый компонент бактериальной оболочки и его сборка

Оболочка клетки растет координировано с процессами роста клетки, это позволяет сохранять жизнеспособность.

2 требования к сборке:

1. Обеспечение изоляции от внешней среды

2. Увеличение в размере.

Это достигается путем вставки определенных строительных блоков во временные бреши и сразу – соединение с соседними блоками

Оболочка многослойная, нижние слои собираются на месте, а вышележащие слои:

- синтез осуществляется внутри клетки

- блоки транспортируются за пределы цитоплазматической мембраны (пример – периплазма, пептидогликан, внешняя мембрана)

Общая схема – цитоплазматическая мембрана – самосборка, путем встраивания новых компонентов преимущ. в районе экваториальной области (например, у E.coli)

Предшественники пептидогликана в виде блоков собираются на вну. поверхности цитопл. мембраны с довеском пентапептидов. С помощью ундекапринола транспортируются в периплазму и встраиваются в существующий пептидоглик. слой, с помощью комплекса гидролаз и синтетаз. Карбоксипептидаза – разрушает существующие поперечные сшивки между молекулами для встраивания новых цепей.

Компоненты строительных блоков активируются нуклеотидтрифосфатами

У (Гр+)бактерий пептидогликан растет изнутри кнаружи. Снаружи – слущивание во внешнюю среду

Тейхоевые кислоты конденсируются тоже на внутренней поверхности цитопл. мембраны.

Структуру пептидогликанового компонента см. выше.

Синтез и встраивание муреина в Пептидогликановый скелет можно разделить на 3 этапа:

1.  В цитоплазме: образуется пентапептид мурамовой кислоты.

Последовательно:

- образуется N-ацетилглюкозамин-1-фосфат

- N-ацетилглюкозамин-1-фосфат присоединяется к UDP (как носитель)

- в ряде последовательных ферментативных реакций образуется лактиловый эфир (т.е. N-ацетилмурамовая кислота, присоединенная к UDP), к нему присоединяются 5 аминокислот (например, L-Ala, D-Glu, L-Lys, D-Ala, D-Ala). Растущая молекула остается связана с UDP

1.  На мембране:

- к пентапетиду присоединяется ундекапренилфосфат, замещая UDP, что делает молекулу липофильной и позволяет ей пройти через мембрану.

- пентапептид мурамовой кислоты связывается с N-ацетилглюкозамином

- к лизину присоединяется 5 остатков глицина

1.  встраивание в пептидогликановый скелет и образование пептидных связей.

трансгликозилазы – рост цепей

транспептидазы – поперечная сшивка. Расщепляется связь между 2 остатками D-аланила, освобождающаяся карбоксильная группа связывается с аминогруппой лизина второго олигопептида, а концевой D-аланин высвобождается.

При встраивании высвобожд. ундекапренилдифосфат, он подверг. гидролизу – ундекапренилмонофосфат используется в следующем цикле. Он также используется при переносе других структурных элементов, например, полисахаридов, липополисахаридов, целлюлозы.

Пенициллин препятствует поперечной сшивке, однако удлинению цепей он не мешает. При действии пенициллина в среду высвобождаются UDP-пентафосфат и несшитые пептидогликановые цепи. (6, с 55)

Рисунок из (7, с 315)

Пенициллин взаимодействует с белками-транспептидазами благодаря своему структурному сходству с пентапетидом, структурным компонентом пептидогликана.

(7)

1.  Периплазматическое пространство. Зоны Байера

У Грам-отрицательных бактерий это пространство между наружной и внутренней мембранами, которое включает пептидогликановый слой. Есть цитологические доказательства, которые показывают, что в гидратированном виде пептидогликан представляет собой гель, заполняющий все пространство между мембранами. Ближе к цитоплазматической мембране число поперечных сшивок уменьшатся, что ведет к образованию периплазматического геля, в котором растворены белки. Периплазматическое пространство занимает примерно 10% от объема клетки. Осмотический шок (резкое снижение осмотического давления среды) приводит к резкому высвобождению ферментов и других периплазматических белков. Периплазматические белки – связывающие белки для аминокислот, углеводов, витаминов; разные ферменты и другие белки с различными функциями. Кроме транспорта, связывающие белки периплазмы также участвуют в хемотаксисе по отношению к аттрактантам и репеллентам окружающей среды. (7, с332)

Выделено более 100 связующих белков. Они функционируют в комплексе со специфическими пермеазами. Метаболическая энергия используется для снижения сродства пермеазы к своему продукту на внутренней стороне мембраны по отношению к сродством к нему на внешней стороне мембраны. Происходит изменение скорости выхода субстрата наружу, она становится во много раз меньше скорости его поступления в клетку.(2)

Периплазматическое пространство – водная среда, где находится много белков (периплазматические)

-гидролазы

-белки, участвующие в транспорте (+ пермеазы – обеспечивают проницаемость мембран)

-шапероны – транспорт белков

Белки периплазмы синтезируются так же, как и мембранные белки, но структура белка сворачивается так, чтобы существовать в жидкой фазе.

В 1879 (?) Байер придумал зоны Байера (зоны контактов) между внешней и внутренней мембранами (Гр-)клеток. Через них проходят различные вещества, осуществляется заражение бактериальными вирусами, обмен генетическим материалом между бакт. клетками.

Зоны Байера занимают примерно 5% поверхности мембран. Их примерно 300 на поверхности клетки. Наиболее эффективно функционируют в процессе роста.

В покоящемся состоянии зоны Байера не выявляются.

Кольцевые зоны контактов – перисептальные кольца – возможно образуются в процессе деления. (1)

1.  Транспорт веществ в бактериальную клетку (дополнить?)

Виды транспорта:

1.  Пассивные транспорты - без затрат метаболической энергии

- пассивная диффузия

через мембраны проникает вода, молекулы очень малого размера, осуществляется по градиенту концентрации

(процесс не связан с затратой энергии, транспорт низкомолек. вв, особенно кислорода, липофильных соединений, воды, ядов, чужеродных для клетки веществ, удаление продуктов обмена. Скорость невелика (2))

- облегченная диффузия

по градиенту концентрации, участвуют белки-переносчики (пермеазы)

(скорость зависит от концентрации субстрата в среде (2))

1.  Активные транспорты – с расходом энергии

из низкой концентрации в гораздо более высокую (примерно в 1000 раз). Обеспечивают создание фондов веществ (пулы)

(за счет пермеаз. Необходимы затраты энергии либо в виде АТФ либо за счет протондвижущей силы мембраны. У многих бактерий в активном транспорте принимают участие особые связующие белки, локализованные в периплазме. В этом случае метаболическая энергия используется для снижения сродства пермеазы к своему субстрату на вну. стороне мембраны. (2))

- транспорт за счет гидролиза АТФ

- транслокация групп – перенос химической группировки

(система переноса углеводов называется фосфотрансферазной. Это выгодно с энергетической точки зрения)

в мембране есть гидролазы и белки-первичные пересчики. Они действуют специфично к веществам.

При транслокации групп вещество переносится химически измененным (например, при транслокации сахаров они фосфорилируются, причем фосфатная группа берется от фосфоенолпирувата через серию белков)

(1, с 10)

см Шлегеля, с 257

1.  Химический состав и функции бактериальных капсул

Представлены веществом клейкой природы (полисахариды, редко – аминокислоты, у одного вида - целлюлоза)

Капсулы бактерий  в силу вязкой консистенции покрывают бактерии с внешней стороны. Могут быть четко выявлены с помощью серологической реакции с белком (иммунология, реакция набухания), либо с помощью окраски, либо под микроскопом после негативной окраски с помощью туши. Тушь создает темный фон, а капсула – светлый ореол.

Считается,  что микрокапсулы есть у всех. Макрокапсулы есть не у всех.

Бактерии могут формировать слизистые слои. Они формируются в определенных условиях: когда клетки синтезируют предшественники капсульных соединений.

Пример: известны капсулы

- из остатков глюкозы (декстраны)

- из полимеров фруктозы

Функции капсулы:

- не явл. жизненноважным органом. М.б. удалена механическим путем, химическим, мутацией.

-защита клетки от притока большого количества воды и от высушивания (в капсуле много воды), т.е. регулятор осмотического давления клетки.

- роль фактора вирулентности патогенных бактерий

-защита бактерий от фагоцитов – в жидкой среде они «ускользают»

Bacillus anthracis (сибирская язва) – полипептидная капсула из остатков D-глутаминовой кислоты

Klebsiella aerogenes гетерополисахаридная капсула/слой D-глюкоза, L-фруктоза

E.coli K12 – гетерополисахаридный слой D-глюкоза, D-галактуроновая кислота.

Капсульное вещество синтезируется в клетке, затем с/е транспортируются наружу, там собираются. Полагают, что транспорт идет через зоны Байера.

(1)

см. Шлегель или выше.

1.  Типы, строение и функции ворсинок бактериальных клеток

Ворсинки преимущ. свойственны (Гр-) бактериям.

2 категории:

- общие ворсинки (common pili) (от 1-2 до неск. тысяч, толщина 3-25 нм и длина до 12 нм или до неск. мкм)

- специализированные ворсинки.

Полагают, что они способствуют :

- прилипанию к твердому субстрату (свойство гидрофобности)

- образованию бакт. пленок на поверхности жидкой пит. среды (биопленки)

- обр. контактов между клетками

- спос. взаимодействию с хозяином.

- ворсинки 4 типа обеспечивают форму движения «дергания»

это толчкообразное перемещение по твердой поверхности (twitching) (7, с 359)

F-ворсинки (=половые ворсинки) определяются наличием F-фактора в генотипе. Играют важную роль в обмене генетической информацией.

Ворсинки строятся из пилина (структурный белок)

Можно получить мутанты с измененным геном.

Ворсинки значительно тоньше и короче жгутиков, хотя F-пили могут достигать большой длины (в неск. раз длиннее клетки). их 1-2 на клетку. Полагают, что их число соответствует числу хромосом (плазмид)

Ворсинки не явл. жизненноважными элементами

F-пили 1) уч. в бакт. конъюгации

 2) служат местом прикрепления бактериальных вирусов, специфичных для мужских клеток.

(1)

1.  Цитоплазма бактериальной клетки и цитоплазматические включения

Жизненноважный компонент. Гелеобразная структура, состоит из матрикса и большого количества воды. Химический состав похож на состав др. орг-мов.

Содержит фонды предшественников , которые используются для строительства клетки, энергетических процессов

1. полуфабрикаты для макромолекул

2. источники энергии (например, глюкоза)

3. отходы метаболических реакций

цитоплазматические включения и запасные вещества

гранулы:

- запасные источники энергии

- заготовки строительных материалов

Можно легко обнаружить с пом. окраски либо под электронным микроскопом. Например, поли-бета-гидроксимасляная кислота, липиды

Деление по:

-имеют мембраны

- не имеют мембранной оболочки

Это не элементарные мембраны, они состоят из чистого белка.

Крахмалоподобное соединение – гликоген. Бактерии, способные окислять H2S, накапливают зерна серы. Некоторые не только внутри, но и в виде наслоений на стенке снаружи.

Накопление запасов выгодно для клетки, гранулы не влияют на осмотическое давление.

Полифосфаты м.б. выявлены с пом. окраски толуидином синим (зерна – красно-фиолетовые) = метахроматические зерна.

Обнаружили Бабен и Эрнст у Spirillum volutans

(1)

Цитоплазма – это содержимое клетки, окруженное цитоплазматич. мембраной. Цитозоль – фракция цитопл., имеющая гомогенную консистенцию и содержащая набор растворимых РНК, ферментов, продуктов и субстратов метаболических реакций.

Цитоплазматические включения – это

1) активно фукционирующие структуры (газовые вакуоли, хлоросомы, фикобилисомы)

2) продукты клет. метаболизма, не выделяющиеся наружу, а откладывающиеся внутри клетки (карбоксисомы, магнитосомы, запасные вещества, волютин, цианофитиновые гранулы – зап.вво цианобактерий, состоят из полипептида, в который вх. аргинин и аспарагиновая кислота в эквимолярных количествах, исп. как резерв азота)

(2)

1.  Химический состав бактериальной клетки

Вес сырой биомассы опред. после отделения клеток от жидкой среды. Клеточная масса содержит:

75-80% воды

15-30% сухой биомассы (есил кки содержат много запасного материала, то больше)

Сухое вещество:

50%белки

10-20% компоненты клет. стенки

10-20% РНК

3-4% ДНК

10% липиды

Макроэлементы:

С - 50%

O - 20%

N - 14%

H - 8%

P - 3%

S - 1%

K - 1%

Ca – 0.5%

Mg – 0.5%

Fe – 0.2%

(6, c 30)

Т.к в клетке оч. много воды – водорода больше всего.

Имеются предположительно у всех клеток катионы натрия, калия, кальция, магния, цинка и железа. Нек. нуждаются в следовых элементах (т.е.в очень малом количестве) – кобальт, молибден, медь, ванадий, марганец.

С-С-связи- формируют основу мономеров, которые составляют полимеры, мономеры соединены между собой через азот, кислород или фосфор, или их комбинации. Фосфор – участвует в переносе энергии, а также явл. структурным компонентом нукл.кислот. Азот – многие компоненты клетки, белки, нуклеотиды. Сера – белки инекоторые витамины группы B.

Углеводы – главный источник энергии многих микробов, также структ.компонет нукл.кт, клет.стенки, АТФ. Глюкоза – самый распространенный углевод. Также важны фруктоза, глицеральдегид, эритроза, рибоза, седогептулоза.

Дисахариды: сахароза, лактоза. Полимеры – целлюлоза и т.д.

Липиды – жирные кислоты эфирными связями соединены с др.молекулами, напр. глицерол. В жирных кислотах обычно 16-18 С.

Белки – оч. много важных функций.

Нукл.кты – РНК и ДНК, сост. из 4 оснований

(5, ч 3, с 10)

Таблица 9. Химический состав клетки Е. coli* (по Neidhardt, 1987)

Компонент	Общее количество, % от сухих веществ клетки	Молекулярная масса, Да	Количество молекул в клетке	Число разных видов молекул в клетке
Белок	55,0	4,7x104	2 350 000	1850
РНК	20,5
23S рРНК		1,0x106	18 700	1
16S рРНК		5,0x105	18 700	1
5S рРНК		3,9x104	18 700	1
тРНК		2,5x104	198 000	60
иРНК		1,0x106	1 380	600
ДНК	3,1	2,5x109	2	1
Липиды	9,1	705	22 000 000
Липополисахариды	3,4	4070	1 430 000	1
Пептидогликан	2,5	(904)n	1	1
Гликоген	2,5	1,0x106	4 300	1
Полиамины	0,4
путресцин		88	5 600 000	1
спермидин		145	1 100 000	1
Метаболиты, кофакторы, ионы	3,5			800

•  Анализировали клетки Е. coli, выращенные в условиях аэрирования на синтетической среде с глюкозой при 37°; время генерации — 40 мин.

Прокариотная клетка в норме содержит примерно 2000—2500 различных белков, каждый из которых представлен 400—1000 молекулами

(3)

1.  Синтез макромолекул бактериальной клетки. Этапы формирования основных клеточных структур

Во время роста клетки происходит 4 типа реакций:

1.  Реакции генерации энергии
2.  биосинтез предшественников биологических полимеров
3.  полимеризация из субъединиц
4.  реакции сборки (образование компонентов клетки)

Если взять 1 г сухой массы бактерий, то

91 мг липиды (оболочка)

34 мг Липополисахарид (оболочка)

25 гликоген (включения)

25 пептидогликан (оболочка)

550 белки (оболочка, жгутики, ворсинки, цитозоль, полисомы)

205 РНК (цитозоль, полисомы)

31 ДНК (нуклеоид)

Перед выполнением своей функции макромолекула должна принять соответствующую конформацию (белки – третичная, четвертичная структура, РНК – вторичная и третичная, например тРНК)

Формирование структур бактериальной клетки

Нуклеоид – 1 молек. ДНК

Полисомы – примерно 18000 рибосом на клетку, около 1000 полисом

55 белков(в 1 рибосоме), 3 типа рРНК, 1000 типов иРНК

Цитозоль – 1000 белков (примерно 106 молекул в клетке), 60 тРНК (2*105 молекул в клетке), гликоген

Оболочка – жгутики – 6 белков – в синтезе принимают участие не менее 40 генов. Растет с верхушки, белки транспортируются по полости жгутика. Отдельные компоненты могут собираться направленной сборкой, но в основном – самосборка.

- ворсинки 1 белок- пилин находится в комплексе с шаперонами, пока не прибудет к месту сборки. Пили формируются самосборкой

-внешняя мембрана 50 белков, 5 липидов

- 1 LPS

- капсула – 1 сложный полисахарид – синтех компоненто идет в мембране, в сборка – снаружи. Видимо, переносчики не требуются. Часть капсулы всегда гидролизуется. Растет изнутри.

- стенка – 1 молекула пептидогликана

.

Гр+ пептидогликан постоянно достраивается изнутри и слущивается снаружи. Гр- бактерии транспортируют компоненты внешней мембраны через зоны Байера. Липополисахарид переносится с помощью ундекапренола. Затем – самосборка, т.к. молекулы притягиваются друг к другу. Фосфолипиды транспортируются так же, затем из-за гидрофобных взаимодействий формируют внутренний листок внешней мембраны.

Периплазма 50 белков

Клеточная мембрана 200 белков, 7 фосфолипидов

Сборка мембраны – постоянно включаются новосинтезированные фосфолипиды во внутренний «листок» мембраны, через короткое время обнаруживается во внешнем. Возможно, процесс перехода ФЛ контролируется мембранными белками. Процесс может требовать АТФ, но это не установлено точно.

Однако надо постоянно поддерживать функции мембраны: проницаемость и барьерные функции. Примерно 20% белков находятся в мембране или около нее. Они проходят через или в мембрану с помощью главного секреторного пути. У секреторных белков есть сигнальная последовательность.

+часть11 microbial Life

Метаболические пути делятся на:

- катаболические (деградация веществ, трансформация субстратов) Реакции гликолиза, ЦТК, пентозофосфатный путь. У E.coli р-ции при росте на глюкозе отличаются от реакций на других источниках углерода и энергии.

- амфиболические пути

- анаболические пути (Реакции биосинтеза веществ:

создание «строительных блоков», полимерных соединений, структур клеток.)

Реакции полимеризации – последовательное соединение отдельных субъединиц в вещества высокого молекулярного веса = макромолекулы

Типы реакций:

1.  матричные – требуют шаблона, матрицы. Нуклеиновые кислоты, белки
2.  конденсационный тип – полисахариды, липиды

Реакции сборки – химическое модифициование макромолекул, транспортировка, сборка в структуры

1.  самосборка
2.   направляемая сборка

(1)

1.  Влияние физических факторов на жизнедеятельность бактерий

1.  Температура

Все физико-химические процессы и состояние макромолекул клетки зависят от температуры. При выс. темпер. – могут необратимо инактивироваться белки, нукл кты и др. При низкой темпер. – наруш процессы биосинтеза, чтоограничивает развитие м/о.

По отношению к температуре:

 - психрофилы (0-20 С – у облигатных, оптимум 15С, при 30С отмирают, обитают в холодных почвах, морях Арктики и Антарктики, обнаружены в ледниках, в колодцах и родниках. играют существенную роль в круговороте веществ холодных мест обитаний. Пример: Bacillus psychrophilius, морские светящиеся бактерии, железобактерии Galionella; У факультативных психрофилов верхняя граница выше, распространены шире, многие вызывают порчу продуктов при низкой температуре, оптимум роста 25-30, способны расти в мезофильных условиях. Пример некоторые бакт. Pseudomonas, Arthrobacter)

Механизмы психрофильности:

- температурный оптимум ферментов ниже, при повышении температуры инактивируются

-есть ферменты деградации макромолекул, активность их при повышении температуры повышается.

- проницаемость мембран при низк. темпер. остается высокой, так как много ненасыщенных жирных кислот

- белоксинтезирующий аппарат способен функционировать при низк. темпер.

 -мезофилы (20-42 С, большинство. E.coli)

 -термофилы (растут выше 45-50С, делят на 4 подгруппы, см Лысак с 91)

1.  осмотическое давление

помогает противостоять клеточная стенка, клетки легко переносят обезвоживание в гипотонической среде. Есть солелюбивые (галофильные) м/о – живут при повышенном осмотическом давлении в Мертвом Море, Halobacterium, Halococcus (внутри клетки много калия, белки содержат больше кислотных групп)

1.  гидростатическое давление

до определенных пределов не оказывает влияния (влияние – разруш. клет. структур, денатурация белков, прекрашение деления клеток), исключая м/о, которые живут при повышенном гидростатическом давлении (на глубине 7000 м и более, где давление достигает 1000 атм., среди них выделяют баротолерантные и барофильные бактерии)

1.  радиация

УФ- губителен. Его поглощают ДНК, нуклеотиды, образуя фотопродукты – димеры Тимина, они являются препятствием для репликации и транскрипции. Есть системы репарации. Гибель наступает тогда, когда повреждение происходит быстрее, чем репарация ДНК. Более устойчивы те бактерии, у которых есть каротиноиды

1.  ионизирующее излучение

гамма-изуч. обладает летальным и мутагенным действием. Выделяют первичное действие (активные частицы рвут ДНК) и последействие (появляются радикалы в цитоплазме. Они повреждают макромолекулы. У разных бактерий разная степень устойчивости. Самая устойчивая бактерия – Micrococcus radioduans, обитает в водах реакторов, в залежах урановых руд.

1.  механическое воздействие

- растирание бактерий с абразивными веществами

-ультразвуковые диспергаторы

- многократное замораживание-оттаивание

-шаровые мельницы

(1+2, с 90)

43. Влияние температурного фактора на рост и размножение бактерий

Все физико-химические процессы и состояние макромолекул клетки зависят от температуры. При выс. темпер. – могут необратимо инактивироваться белки, нукл кты и др. При низкой темпер. – наруш процессы биосинтеза, чтоограничивает развитие м/о.

По отношению к температуре:

 - психрофилы 

0-20 С – у облигатных, оптимум 15С, при 30С отмирают, обитают в холодных почвах, морях Арктики и Антарктики, обнаружены в ледниках, в колодцах и родниках. играют существенную роль в круговороте веществ холодных мест обитаний. Пример: Bacillus psychrophilius, морские светящиеся бактерии, железобактерии Galionella; У факультативных психрофилов верхняя граница выше, распространены шире, многие вызывают порчу продуктов при низкой температуре, оптимум роста 25-30, способны расти в мезофильных условиях. Пример некоторые бакт. Pseudomonas, Arthrobacter)

Механизмы психрофильности:

- температурный оптимум ферментов ниже, при повышении температуры инактивируются

-есть ферменты деградации макромолекул, активность их при повышении температуры повышается.

- проницаемость мембран при низк. темпер. остается высокой, так как много ненасыщенных жирных кислот

- белоксинтезирующий аппарат способен функционировать при низк. темпер.

 -мезофилы (20-42 С, большинство. E.coli)

 -термофилы 

растут выше 45-50С, делят на 4 подгруппы:

1.  термотолерантные – в пределах от 10 до 55-60С, оптимум-35-40. основное отличие от мезофилов – способность расти  при повыш. темпер. Methylococcus capsulatis
   1.  факультативные термофилы темп.максимум 50-65С, минимум - менее 20С, оптимум близок верхней границе роста. Lactobacillus – легко обнаружить в молочных продуктах, соленья, вине, фруктовых соках. Пост. присутств. в рот. полости, кишечном тракте многих теплокровных животных и человека.
   2.  облигатные термофилы – до 70С, не ниже 40С. Оптимум примыкает к верхней границе 65-70С. Bacillus stearothermophilius
   3.  экстремальные термофилы

оптимум  в области 70-75, минимум – 40 и выше, максимум – около 90С. В горячих источниках. Thermus, Thermomicrobium, Thermoplasma

Термоустойчивость:

- мембраны содеражт насыщенные жирные кислоты (???????по моему фигня)

- повышенное содержание Г и Ц, что придает стабильность ДНК, повышает ее точку плавления

- ферменты устойчивее к нагреванию, часто это достигается за счет изменения первичной структуры белка.

Большое практическое значение – интенсивный метаболизм, активные продуценты витаминов, ферментов, орг. кт, кормового белка и др. Конкурентный рост – при высокой температуре мезофилы гибнут.

Такие бактерии относятся к экстремофилам. Они обнаружены более 60 лет назад. Ферменты =экстремозимы.

Гипертермофилы – больше 60С, 100С

Неизвестны многоклеточные орг-мы, которые способны существовать длительное время при темпер. больше 50С

Истинные термоэкстремофилы обнаружены более 40 лет назад Томасом Броком в Йелоустоунском национальном парке (конец 60-х) – Thermus aquaticus, в горячем источнике

Брок говорил, что м/о есть везде, где есть вода, даже у кратеров на дне океана, где температура примерно 120-350 С.

Из этой бактерии выделена taq-полимераза.

1983 Кэри Муллис предложил ПЦР

1993- получил Ноб Премию.

Еще 1 бактерия – Pyrococcus furiosus – Pfu

холодолюбивые бактерии

1-3С – оптимум, в пищевой промышленности могут приносить вред.

кислото- (ацедо-), алкалифильные

галофильные

Получение экстремозимов – клонирование генов в E.coli, выделение. (1)

1.  Влияние химических веществ на процессы жизнедеятельности бактерий

химические вещества делятся на:

1.  питательные вещества и стимуляторы процессов жизнедеятельности
2.  в-ва, угнетающие процессы роста, репродукции (антибактериальное действие)

- задерживающие рост (бактериостатическое действие)

- бактерицидное действие

см рисунок конспект с 46.

Любое химическое вещество не может быть строго отнесено к какому-либо классу без учета особенностей организма.

При различных концентрациях хим. вва действуют по-разному.

Концентрация сахарозы

- 1% - источник углерода -10% - ингибирует рост большинства м\о.

Опосредованный эффект- сдвиг осмотического давления. При высоких конц. сахарозы клетка обезвоживается.

Мембранные яды (сулема, ионы тяж. металлов и др.) действуют одинаково на все живые орг-мы.

Вещество должно быть вредоносным для бактерий и безвредным для клеток человека (высокая степень изирательности) – для применения в медицине.

По действию на органеллы бактерий:

1.  мембраны
2.  ингибиторы ферментов
3.  конкурентные антиметаболиты (структурные аналоги)

производные сульфаниламидов (включение в фолиевую кислоту – синтез неполноценного витамина, остановка роста клеток. Для человека неопасны, т.к. он получает фолиевую кислоту в готовом виде)

NH2- бензольное кольцо -SO2NH2

 Фенилаланин – фактор роста

п-фторфенилаланин- аналог

урацил – 5-фторурацил

Тимин – 5-бромтимин

(см рисунок в конспете с 47)

4. антибиотики – хим. вва, обладающие антибактериальными свойствами микробного происхождения

Влияние pH среды

в основном живут при нейтральных значениях.

Многие живут при значениях 6-9, но внутри рН близко к нейтральному, т.к. мембрана плохо проницаема для ионов и диссоциированные щелочь или кислота внуть проникнуть не могут. однако слабая недиссоциировавшая кислота может проникнуть через мембрану и диссоциировать уже там.

При низких значениях рН среды понижается растворимость углекислой кты – источника углерода для автотрофных бактерий, повышается растворимость катионов кальция, молибдена, магния, алюминия до токсичных уровней.

При высоких значениях рН растворимость нужных клетке катионов понмжается.

В кислой среде разрушается ДНК и АТФ, а в щелочной- РНК и фосфолипиды.

по отношению к кислотности среды:

1.  нейтрофилы – 6-8, 4-9. E.coli, Bacillus megaterium, Streptococcus faecalis
   1.  ацидофилы – 4 и ниже

- факультативные

1-9, оптимум 2-4

- облигатные 1-5, оптимум 2-4

Thiobacillus, Acetobacter

1.  алкалофилы 9.0-10.5

-факультативные

- облигатные

Другие повреждающие вещества:

ионы тяж.металлов, окись углерода, цианиды, некоторые активные окислители – марганцевокислый калий, перекись водорода, хлорная известь, иод.

Ионы тяжелых металлов (Hg, Ag, Cu, Pb, Ni, Zn, Cd) могут взаимодействовать с гидроксильными, сульфгидрильными, карбоксильными группами, аминогруппами, вызывая изменение свойств белков и коферментов. Ртуть, медь, серебро связ. с SH-группами, меняя четвертичную структуру белков. Наруш. дыхание, синтез РНК, белков.

Цианиды – дыхательные яды, связывают железо и блокируют функцию цитохромоксидазы. Окись углерода тоже подавляет дыхание, конкурируя с кислородом за цитохромоксидазу.

Окислители – KMnO4, иод, H2O2 и др. вызывают резкое усиление окислительных процессов клетки, вызывая ее гибель.

Консерванты – сахар, соль, органич. кты, сернистый ангидрид, нитриты и нитраты,

1.  Взаимоотношения микроорганизмов с высшими растениями и животными

       По характеру взаимоотношений:

1) мутуализм

оба объекта симбиоза получают выгоду от этого

2) паразитизм

Пример:

1) в рубце жвачных животных содеожится большое количество м\о, концентрация 1010)

В след. отделе желудка м\о разрушаются. Жвачные находят в меньшей зависимотси от источника азота.

Состав микрофлоры до конца е известен. Образуют жидкие и газообразные продукты CО2  и метан.

2) Rhizobium и бобовые растения.

1888 Маркен Бейеринг поставил опыт: семена бобовых подвергались поверхностной стерилизации, высевались в стерильную почву – растения зависели от азота, клубеньки не образовывались.

Если полить растения экстрактами клубеньков, то клубеньки образовывались.

Бейеринг выделил чистую культуру из клубеньков.

Это (Гр-)палочки, слабо подвижны, обитают в почве как гетеротрофы, нуждаются в связанном азоте.

Виды Rhizobium можно отличить по растениям, с которыми они вступают в симбиоз.

Растение продуцирует аттрактанты, которые обеспечивают движение клеток ризобиума к корневым волоскам. Они разруш. клеточную оболочку, проникают в корневой волосок. Формируют инфекционные нити. Превращаются в бактероиды, клетки неправильной формы (ветвистые). Осуществляют фиксацию азота. Корневые волоски изгибаются , формируют гигантские клетки. Формируется вещество типа пектинов, оно прикрепляет капсулу к клетосной стенке.

см рисунок с 100. Далее см. след. вопрос (1)

Также важную роль для растений играют эпифиты и бактерии ризосферы. Растения могут поглощть вщества, которые выделяют бактерии, а бактерии питаются сахаристыми выделениями растений.

Ольха имеет мелкие клубеньки. Вклад свободноживущих азотфиксаторов незначителен по сравнению с симбиотическими.

Обнаружены азотфиксаторы у термитов, корабельного червя.

Паразитические взаимоотношения м\о с раст. и животными.

Это большинство типов взаимоотношений. Они специфичны для одного или нескольких видов.

Пример: брюшной тиф – человек

Патогенные микроорганизмы – м\о, способные вызывать заболевания. Патогенность – видовой признак.

Дифтерийная палочка вызывает дифтерию (слабо, сильно или вообще не вызывает)

Вирулентность – мера способности вызывать заболевания

Авирулентные бактерии используют для изготовления вакцин (не вызывают заболеваний, но создают иммунитет)

Этот прием называется аттенуацией (ослабление)

Аттенуированные вакцины – из ослабленных живых или убитых м\о, которые не способны вызывать заболевание.

Инфекция – взаимодействие между макроорганизмом и патогенным м\о.

При инфекции не всегда развивается заболевание, это зависит:

- от состояния м\о

- от состояния макроорганизма.

Чтобы микроорг. вызвал заболевание, он должен обладать рядом приспособлений:

-закрепление

-вегетирование

-индуцирование пат. процессов

-приникновение

Это механизмы вирулентности

Если механизмы нарушены, то пат. м\о не может вызвать заболевание.

Факторы вирулентности различны у различных м\о.

Все макроорганизмы обладают нормальной микрофлорой. У человека в основном E.coli (антагонист некоторых патогенов, синтезирует витамины группы В) Однако E.coli наз. патогенной. В определенных условиях патогенны могут вызывать пат. процессы.

В ротовой полости, воздухоносных путях относительно мало бактерий. В желудке в норме нет. Тонкий кишечник – много, толстый кишечник – очень много.

Действие кандид обычно подавляется обычными обитателями кишечника. При дисбактериозах м. развиватьс кандидомикозы. При употреблении антибиотиков широкого спектра действия.

На коже человека живет много нормальных м\о(утилизирую кожное сало и пот, вырабатывая неприятный запах), которые защищают кожу от вредных микробов (их появление приводит к дерматитам).

(1)

подробнее см. Лысак, с 269 и далее

1.  Симбиоз клубеньковых бактерий с бобовыми растениями

Rhizobium и бобовые растения.

В середине 17 в было показано, что бобовые растения могут расти на почве, не содержащей связанного азота.

1888 Маркен Бейеринг поставил опыт: семена бобовых подвергались поверхностной стерилизации, высевались в стерильную почву – растения зависели от азота, клубеньки не образовывались.

Если полить растения экстрактами клубеньков, то клубеньки образовывались.

Бейеринг выделил чистую культуру из клубеньков.

Это (Гр-)палочки, слабо подвижны, обитают в почве как гетеротрофы, нуждаются в связанном азоте, микроаэрофилы. Нуждаются в некоторых витаминах (тиамин, пантотеновая кислота, биотин)

Виды Rhizobium можно отличить по растениям, с которыми они вступают в симбиоз.

Растение продуцирует аттрактанты(флавоноиды и изофлавоноиды, они индуцируют экспрессию бактериальных nod-генов, которые синтезируют белки-нодулины, обеспечивающие межвидовое взаимодействие), которые обеспечивают движение клеток ризобиума к корневым волоскам.

На клет. стенке растений формируется вещество типа лектинов (гликопротеины), оно прикрепляет капсулу к клеточной стенке. Лектины находятся на внешней стороне клет. стенки, они взаимодействуют с видоспецифичными углеводами на клет. стенке бактерий. Дальше происходит инфицирование корневого волоска:

Бакт. разруш. клеточную оболочку, проникают в корневой волосок. Корневые волоски изгибаются. Формируют инфекционные нити(трубка, выстланная целлюлозой клеток хозяина, в ней интенсивно размножаются бактерии. нить проходит в кору корня, проходя через клетки. когда нить достигает тетраплоидной ткани коры, начинается развитие клубенька – бакт. продуц. ИУК.). Превращаются в бактероиды, клетки неправильной формы (ветвистые). Осуществляют фиксацию азота..

см рисунок с 100.

Фермент нитрогеназа обеспечивает азотфиксацию.

Азотфиксация:

-разрушений тройной связи

-восстановление азота

-формирование аммика

Фермент чувствителен к кислороду, поэтому свободноживущие азотфиксаторы либо строгие анаэробы(защиты от кислорода не имеют), хотя есть строгие аэробы (есть механизмы защиты)

Строгие аэробы (Azotobacter) имеют приспособление: интенсивное поглощение кислорода для дыхания и восстановление до воды.. Нитрогеназа оказывается защищенной.

Не все клубеньки активны. На поперечном разрезе розовый цвет – активный. Белый – неактивный.

В розовом клубеньке образуется лег-гемоглобин (напоминает животный гемоглобин). Фиксирует кислород, защищая нитрогеназу. Лег-гемоглобин формируется и в растениях (частично, белковый компонент), и в бактериях (простетическая группа)

nif-оперон кодирует нитрогеназу. он находится в Sym-плазмидах, где также находятся hos- (узнавание хозяина) и  nod-гены.

Процесс азотфиксации очень энергоемкий. 1 молекула N2 = 24 АТФ. У злаковых слабый фотосинтез, поэтому сложно сделать азотфиксирующую пшеницу.

(1+2)

1.  Механизм симбиотической фиксации азота

см. предыдущие вопросы

Нитрогеназа состоит из 2 компонентов: белок 1 и белок 2

Белок 1 – примерно 200 кДа, состит из 4 субъединиц, каждая из 1 цеи а\к, 24 атома Fe и 2 Mo – центр

Белок 2 – 2 с\е, 4 Fe (всего)

см.рисунок в конспекте с 102( регуляция)

Белок 2 служит окислительно-восстановительной системой, принимает электроны от ферредоксина (система транспорта электронов) и передает их на второй компонент, Белок 1. Он переносит электроны на N2, в результате чего через ряд промежуточных стадий образуется аммиак. Аммиак присоединяется к глутаминовой кислоте с помощью глутамат-синтетазы и включается в дургие аминокислоты. Глутамат-синтетаза участвует в регуляции экспрессии генов nif-оперона. nifB – молибденовый центр, nifF и nifH – белок 2 nifD – часть белка 2.

Побочная реакция – часть восстановительных эквивалентов переносится на Н+, поэтому всегда образуется большое количество молекулярного водорода.

Нитрогеназа очень чувствительна к молекулярному кислороду, инактивируется им.

1.  Факторы вирулентности патогенных бактерий

-проникновение в ткани, закрепление, распространение вещества: адгезины

- капсула предохраняет м\о от поглощения фагоцитами (в жидкой фазе)

- фермент коагулаза (обеспечивает сворачивание фибрина)

механизм вокруг данного м\о формируется «капсула» из фибрина, которая защищает от фагоцитоза.

- некоторые стрептококки, пневмококки продуцируют гиалуронидазы – разрушают гиалуроновую кислоту, облегчают проникновение в ткани.

- коллагеназа (то же самое) – бактерий газовой гангрены

- стрептокиназа (=фибринолизин)

способствует растворению сгустков фибрина, разрушая слой фибрина, ограничивающий место заражения и распространяется по организму

фермент используется в медицине для лечения тромбофлембитов, при инфаркте миокарда.

- нейраминидаза – разрывает связь между сиаловой кислотой и другими моносахаридами, входящими в состав гликопротеидов, гликолипидов, полисахаридов

- некоторые микроорганизмы способны продуцировать ферменты, убивающие фагоциты (лейкоцидины)

- уреаза – гидролизует мочевину с образованием аммиака

Пиогенные кокки – вызывают нагноительные процессы.

- бактериальные токсины – вва, продуцируемые бактериями и оказ-е токсическое воздействие на клетки хозяина.

С проблемой вирулентности связано явление аттенуации – ослабление либо ликвидация вирулентных свойств м\о. Существуют аттенуированные вакцины.

Замечено, что если патогенный м\о, хозяином которого является животное, пропассировать через другое животное, нечувствительное к нему, то можно выделить ослабленный вариант данного микроба.

1.  Характеристика бактериальных токсинов

Бактериальные токсины – вва, продуцируемые патогенными бактериями и оказ-е токсическое воздействие на клетки хозяина.

2 типа токсинов:

-экзотоксины (истинные) – в культ. жидкости (продуцируются Гр+, но не уверена, что только ими – клостридиум, стафилококк, стрептококк -Гр+)

- эндотоксины – в клетках, высвобождаются только после разрушения клеток.Гр-

Название им дано по тому, где обнаружено вещество.

Впервые экзотоксины были обнаружены в 1890 у патогенов человека – возбудителей дифтерии и столбняка ( выращивали в питательной среде, бесклеточный фильтрат среды вводили животным. Они погибали, при вскрытии обнаруживали характерные повреждения. Это белки.

Однако для многих патогенных бактерий образования экзотоксинов не обнаружено.

Многие токсины экспрессируются генами в плазмидах.

Дифтерийный, столбнячный, ботулинический токсины детерминир. генами профагов.

Экзотоксин является истинным токсином если:

- вызывает у лаб. животных те же самые симптомы, как при заражении микроорганизмами

- количество токсина должно соответствовать вирулентности

- при введении парентерального токсина, в крови должны обнаружиться антитела к этому токсину (т.е. экзотоксин должен являться антигеном) – как и прочие белковые вещества

- может быть обезврежен соответствующей обработкой без потери способности образовывать антитела = анатоксин 

- как все белки чувствителен к нагреванию.

Примеры экзотоксинов:

-столбнячный

-ботулинический

-холерный

-дифтерийный

Столбнячный и ботулинический – нейротоксины

Ботулинический -  Clostridium botulinum

Первый симптом: диплопия (двоение в глазах). Действует на периферические синапсы в мышцах, блокирует синтез ацетилхолина. (периферическая НС)

Ботулинический токсин – нейротоксин, прикрепляется к синапсам мотонейронов, выборочно расщепляет синаптобревин, что мешает выходу ацетилхолина (возникает «бессильный паралич»). Мышцы не сокращаются в ответ на сигнал. Симптомы возникают через 18-20 часов после заражения – двоение в глазах, трудности в глотании и говорении, слабость мышц, тошнота, рвота. Без лечения треть больных может умереть от остановки дыхания или сердца. Самый сильный токсин в природе

Столбнячный токсин (тетаноспазмин)

Это эндопептидаза, расщепляет синаптобревин (белок в мембране синаптического пузырька), что предотвращает высвобождение ингибиторных нейромедиаторов (ГАМК и глицина) в синапсах двигательных нервов спинного мозга (центральная НС). Это приводит к бесконтрольной стимуляции скелетных мышц. На ранних стадиях заражения  - спазм скелетных мышц вокруг раны и напряженность челюстных мышц. Затем вообще невозможно открыть рот. Спазм мимических мышц приводит к «сардоническому выражению лица». Спазмы туловища могут быть очень сильными, так что спина может изогнуться в пояснице (см. рисунок). Смерть наступает от смазма диафрагмы и межреберных мышц (удушье)

Второй токсин – тетанолизин (гемолизин) – помогает разрушать ткань.

Clostridium tetani

альфа-токсин газовой гангрены (одного из возбудителей – Clostridium perfrigens) – лецитиназа. Разрушение лецитина(фосфатидилхолина) приводит к разрушению мембран.

Pastirella pestis продуц. токсин, подавляющий окислительно-восстановительные реации в митохондриях.

Токсин чумной палочки ингибирует респираторную активность митохондрий, что приводит к гибели клетки (Лысак, с 286)

Есть токсины – гемолизины. Их гены находятся в плазмидах (плазмиды вирулентности)

Экзотоксины сразу высвобождаются в среду, они не найдены в цитоплазме бактерий. Скорее всего, они синтезируются вблизи мембран, что позволяет им сразу выйти наружу.

Определенные концентрации ионов могут подавлять или стимулировать синтез токсинов.

Высокие концентрации железа ингибируют синтез дифт., столбн., альфа-токсина. Цинк необходим для синтеза альфа-токсина. Механизм еще неизвестен, возможно это элемент регуляции на уровне оперонов.

Некоторые токсины (ботулинический А и В) формируются из протеолитического расщепления большого нетоксичного белка.

(1+ General Microbiology), c 790

Эндотоксины – химические вва, которые образуются бактериями, но не выделяются во внешнюю среду, а появляются только при разрушении бактерий. Только у (Гр-)

-относительно термостабильны

-небелковой природы (липополисахарид)

Токсическое свойство – у липидного компонента. Консервативные свойства – одинаков у (Гр-)бактерий, которые обладают эндотоксином.

Токсическое состояние:

-подъем температуры

- нет специфического течения болезни

Токсический агент не является антигеном, то есть не обладает иммуногенными свойствами. Но если фракцию токсина выделить вместе с мембранным белком, то комплекс является токсином и антигеном.

Специфичность комплексов – из-за боковой цепи полисахарида.

Впервые обнаружены в Лондоне, Листеровском Инс., и в Нью-Йорке, Рокфеллеровский Инс.

Липопоилсахарид в ряде случаев оказывает полезный эффект:

-стимулир. развитие невосприимч. к инфекционным заболеваниям за счет взаимодействия с макрофагами, которые нач. продуцировть медиаторы (Лейкины), которые стимулируют кки иммунной системы.

1/1.000.000 грамма липополисахаридов при введении животному размером с лошадь вызывает явный пирогенный эффект (повыш. темпер.рамма липополисахаридов при введении животному размером с лошадь вызывает явный пирогенный эффект ()нии бактерий.
)

Для растений

механизмы резистентности менее сложные, чем у жив.

Растения не обладают макрофагами, фагоцитами, основные механ. защиты:

- механические (кожица, воск. кутикула)

- кислотность клет. сока

- антибактериальные вещества (эфирные масла, др.)

Кки соед. пектиновыми веществами – у нек. бакт. пектиназы (вызыв. мягкие гнили)

Экзотоксины вызывают реакции увядания. могут развиваться далеко от места проникновения бактерий.

Растения могут купировать первичный очаг инфекции за счет образования пробковых клеток.

Нек. бакт. выраб. ауксины, образуются корончатые галлы (Agrobacterium tumefaciens выраб. ИУК – индолоуксусная кислота).

ИУК - Rhizobium

1.  Дифтерийный токсин и механизм его продукции

Дифт. токсин состоит из 2 цепочек – А и В, с дисульфидным мостиком.

токсические свойства – А-часть, В-часть обеспечивает взаимодействие токсина с чувствительными клетками.

Механизм: взаимодействует с НАД+, отщепляет аденозиддифосфат и присоединяет никотиновую кислоту к EF-2 (инактивирует).

Продукция экзотоксина связана с присутс. в клетках дифтерийной палочки умеренного фага β. Геном встраивается в клет. хромосому, присутств. как «как бы» бактериальный локус.

Если кка лизогенизирована этим фагом, токсин образуется. Если нет – авирулентна.

Токсин появляется во внешней среде НЕ за счет секреции, а за счет гибели клеток во время активации фага.

Дифт. токсин не нужен ни кке, ни фагу. Продукция токсина связан с наличием Fe в пит. среде. Если много  - клетки растут, но токсин не продуцир., если мало – токсин продуцир.

Объяснение – регуляторный белок взаимодействует с Fe и супрессирует экспрессию данного гена.

Дифтерийные палочки (Corynebacterium diphtheriae) живут в дыхательной системе, а токсин всасывается в кровь

1.  Токсины энтеропатогенных бактерий

Это экзотоксины, эффект которых реализуется на уровне клеток кишечника. 2 части: А и В.

А – токсич. вво

В – взаимод с чувсвительными кками

Продуцируются бактериями пищевых токсикоинфекций (стафилококки, Clostridium, Baсillus, вибрион холеры, шигелла)

Не все токсигенные бакт. продуцируют токсины in vitro. Сибирская язва не накапливает токсин в культ. среде, но в крови обнаружено высокотокс. вещество.

Предположили, что этот токсин продуцируется только в условиях организма хозяина. Для проверки разработали среду, содержащую сыворотку крови: в фильтрате обнаружили токсин (после выращивания бактерий). Однако! фактически наличие сыворотки не требовалось, так как позднее обнаружили, что токсин адсорбировался на фильтре при фильтрации. Так что, Bacillus anthracis продуцирует токсин in vitro

Энтеротоксины относительно хорошо изучены.Все действуют одинаково: цель – белок G, посредник между посредником и усилителем (аденилатциклаза, напр.).

Холерный токсин

Холерный токсин проникает в кровь, активирует мембранную аденилатциклазу, что вызывает уеличение цАМФ в клетке – иона натрия не проникают в кровь. В кишечнике созд. гипертонические условия, вода поступает из тканей в кишечник. Это приводит к ацидозу и шоку. Если не восполнить воду и натрий (солевой раствор с глюкозой), может наступить смерть. Vibrio cholerae

Чтобы бактерия холеры стала токсигенной, она должна иметь участки генома 2 фагов: TCPφ и CTXφ, которые детерминируют проникновение  и синтез токсинов.

См рисунок в конспекте с 107.

Другие энтеропатогены:

2 типа болезней

- пищевое отравление из-за употребления пищи, в которой уже росли патогенны и выделили токсины (болезнь наступает раньше, протекает быстрее)

- употребление пищи, загрязненной м\о, они развиваются в кишечном тракте. Заражение может также произойти через прикосновение рукой к предметам, загрязненными фекалиями, а затем от рук – в рот. ( в этом случае, т.е. когда бактерии размножаются в кишечнике, болезнь протекает дольше, сложнее, и инкубационный период тоже дольше)

Сальмонеллез- Salmonella tuphimurim

Брюшной тиф Salmonella typhi

Шигеллез Shigella dysenteriae

Диарея путешественника – E.coli

Энтеротоксигенные штаммы E.coli синтезируют 1 или 2 из 2 разных энтеротоксинов, которые вызывают диарею и отличаются по термостабильности: температуростабильный (ТС) и температурнолабильный (ТЛ). Обычно гены находят в плазмидах, которые передаются при коньюгации. ТС прикрепляется к гликопротеиновому рецептору, который работает с гуанилациклазой на поверхности клеток кишечного эпителия. цГМФ приводит к секреции воды и электролитов в просвет кишечника.. ТЛ прикрепляется к специфическим ганглиозидам (?сиалогликолипиды - словарь), активирует мембранную аденилатциклазу, т.е. запускает тот же механизм, что токсин холеры.

Энтероинвазивный штамм размножается в эпител. кках кишечника. Способность проникать в клетки – гены большой плазмиды EIEC. Могут продуцировать цитотоксин и энтеротоксин

Энтеропатогенный штамм разрушает микроворсинки эпителия, что приводит к диарее

Энтерогеморрагический также вызывает повреждение клеток и геморрагический колит.

, энтероагреггативный – бактерии закрепляются на кках эпителия в отдельных участках, формируя структуры наподобие кирпичной кладки

диффузно прикрепляющийся штаммы – тоже энтеропатогенные (((

1.  Методы изучения природных ассоциаций микроорганизмов

Хотя в природе больше конкурентных взаимоотн., существуют микробные ассоциации. Они играют важную роль в с\х. На основе приспособления к конкретным условиям и взаимодействиях с членами общества формируются экосистемы м\о.

В наст. время нет достаточно эффективных методов изучения микробных ассоциаций почвы или воды.

Способы изучения микр. ценозов.

1.  Бактерископический метод.

основан на возможности непосредственного изучния микробов с помощью микроскопирования.

Виноградский разработал метод прямого счете. Можно определять численность и морфологию.

1918 Кон – метод прямого счета.

Введение пластинок обрастания – микроорг. в среде на них образуют колонии, которые изучают по морфологии.

Недостаток: не удается выявить физиологич. роли м\о в сообществе, какова физиология каждого из них.

1.  Бактериологический метод

основан на выделении чистых культур и изучении ее свойств.

Недостаток: не все микроорганизмы сообщества можно культивировать в искусственных условиях.

Выделение по различным группам – анаэр., гетеротрофы и др – дает определенную информацию.

1.  Метод искусственного создания микробных ценозов

Выделяют чистые культуры, затем составляют сообщества.

Недостаток – получаем только часть информации

Для более полного изучения необходимо использовать все 3 способа.

Также исп. молекулярно-биологические методы, например ПЦР.

Для этого необходимы маркеры, нет количественного учета, неизвестны физиологические функции в биоценозе.

Другие молекулярные методы – сравнение маленькой субъединицы рибосомы, выделение ДНК, фингерпринт, филогенетический анализ 16S и 18S РНК, сравнение последователностей ДНК с уже известными генами.

1.  Типы взаимоотношений между организмами

Мутуализм – простейшие + термиты (перераб. целлюлозу в ацетат и др. Термиты окисляют ацетат)

Лишайники  - аскомицеты+сине-зел или зел. водоросли

Кораллы+ зооксантеллы (пигменты кораллов защищают простейших от УФ, а зооксантелла каким-то образом повышает кальцификацию, они фотосинтезируют (???)

Трубчатый червь и хемолитотрофные бактерии, которые используют Н2S, связанный с гемоглобином червей для образования углеводов в цикле Кальвина. Обитают возле вулканов в океане, где много серы.

Бактерии-метанотрофы и метан-выпускающие (?) мидии

Тля + Buchnera aphidicola - бакт. предоставл. триптофан

Wolbachia pipientis,(риккетсия) – цитоплазматический эндосимбион 15-20% видов насекомых и может контролировать воспроизведение хозяина.  Возможно, это главный фактор эволюции пола и видообразования паразитических ос. Также может вызывать цитоплазматическую несовместимость насеокмых, партеногенез бабочек, феминизацию генетических самцов изопод. Преимущество Вольбахии: тем, что она ограничивает вариабельность, помогает создать более стабильное бесполое окружение для себя.

Жвачные+микроорг.

МЕТАБИОЗ

например,  в анаэробных метаногенных экостистемах: ил, анэробн. отложения в водоеме, затопленная почва.

Бактерии, продуцирующие водород(из пропионовой кислоты) Syntrophobacter

+ бактерии-метаногены Methanospirillum. Если водород не удалять, угнетается первая бакт.

КОММЕНСАЛИЗМ

нитрификация 1 шаг Nitrosomonas(аммоний до нитрита)+ нитрификация 2 шаг Nitrobacter(нитрит до нитрата)

Комменсал не вредит хозяину, просто подъедает за ним. Без него жить может.

ХИЩНИЧЕСТВО

(Prescott’s с 613)

Bdellovibrio, Vampirococcus

ПАРАЗИТИЗМ

АММЕНСАЛИЗМ

Это негативный эффект одного м\о на другой.

самый главнй пример – продукция антибиотиков, бактериоцинов

КОНКУРЕНЦИЯ
пытаются захапать один и тот же ресурс, например место или еда

Исследовал Гауз, описал в 1934 принцип конкурентного исключения..

За еду – на принципе разной скорости поглощения вва. При низкой конц. вва медленнорастущая популяция проигрывает. Если концентрация большая, эта популяция может выиграть 

1.  Регуляция ассимиляции азота бактериальными клетками

У многих бактерий нитрогеназа образуется только тогда, когда она необходима, т.е к отсутствие подходящего источника связанного азота. Ионы аммония подавляют синтез нитрогеназы. У пурперных и зеленых бактерий это происходит напрямую, ионы аммония подавляют активность уже синтезированной нитрогеназы.

В регуляции образования нитрогеназы большую рольочевидно играет глутаминсинтетаза. Она и глутаматсинтаза нужны бактериям для включения ионов аммония в органич. соед. в том случае, если эти ионы прис. лишь в низкой концентрацию Эта система обладает высоким сродством к ионам аммония и поддерживает их концентрацию на низком уровне. Повышение концентрации ионов аммония в окружении клетки (и внутри) подавляет образоваи глутамисинтетазы, а в результате и нитрогеназы.

Все гены для азотфиксации находятся в nif-опероне

(6, с 402)

1 – конспект

2- Лысак,

3 – Гусев, Минеева

4 – Prescott’s Microbiology

5 – Microbial Life

6- Шлегель

7- Microbial Physiology

1. на тему Организация оплаты труда работников автогаража Ставрополь
2. Microsoft Excel, его функции и возможности
3. Аналіз інтелектуального капіталу як фактору сучасного виробництва
4. Механизмы и системы государственного управления
5. Введение Издавна человек стремился узнать почему от каждого живого организма рождается ему подобный п
6. Лингво-концептуальные особенности проявления импликации
7. реферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук
8. Тема 1. Сущность малого предпринимательства и нормативноправовые основы его функционирования Мало
9. Особенности налогообложения в Кыргызской Республике
10. Расчет и проектирование канифолеварочной колонны
11. попытка проба очерк от лат
12. Интраспинальное введение местных анестетиков
13. .1 Сущность и задачи маркетингового подхода в управлении предприятием Маркетинг возникнув в США на рубеж
14. Контрольные вопросы к экзамену Корпоративное управление
15. Sи мы можем определить направление на любой предмет расположенный на земной поверхности
16. Введение Налогообложение добавленной стоимости одна из наиболее важных форм косвенного налогообложен
17. Тема 13- Ценообразование в условиях рынка
18. РЕФЛЕКСЫ И ИХ ИЗМЕНЕНИЯ
19. Держава і право князівської доби на території України (IVст серXIV)
20. Загадка Государя- учебник для диктаторов или записки политолога

Материалы собраны группой SamZan и находятся в свободном доступе