Литусов Н.В. Общая микробиология

311

концам, когда концы фрагментов двунитевые.

Отделение бактерий, получивших рекомбинантную ДНК, от общей массы клеток называется клонированием. Для клонирования бактериальную суспензию высевают на плотную питательную среду с селективным агентом - например, с антибиотиком (рисунок 10.51).

Бактериальная суспензия

Рисунок 10.51 - Клонирование рекомбинантных клеток.

Рекомбинантные клетки можно идентифицировать также по синтезируемому ими продукту. Для этого в питательную среду вносят вещества, реагирующие с синтезируемым продуктом и проявляющие видимую реакцию (например, преципитирующую сыворотку).

Используя приемы генетической инженерии, возможно переносить гены как между родственными бактериями, так и между бактериями разных видов и родов. Генная инженерия позволяет получать новые препараты медицинского назначения. Так, в практике широко используется генно-инженерная вакцина против гепатита В, в состав которой входит антиген вируса гепатита В, синтезированный в клетках дрожжей. Налажен выпуск генно-инженерного инсулина, производимого с помощью дрожжевых клеток или клеток кишечной палочки. В медицине применяются полученные генно-инженерными методами интерлейкины-1, 2, 3, 6, фактор некроза опухолей, пептиды тимуса, миелопептиды и другие препараты. Организмы, полученные с помощью генной инженерии, называются генномодифицированными или трансгенными организмами (ГМО или ТГО). Технология, основанная на использовании генетически модифицированных организмов,

называется ГМО-технологией.

Достижения генной инженерии широко использует биотехнология для получения антибиотиков, витаминов, аминокислот, вакцин, моноклональных антител, диагностикумов и других продуктов. Производство этих препаратов с использованием микробиологического синтеза более выгодно, чем химическим путем. Например, одна микробная клетка синтезирует около ста тысяч молекул белка в минуту. Органический синтез не обладает такой высокой производительностью.

312

10.4.Вопросы для контроля усвоения материала

1.Дайте определение генетике бактерий.

2.Что представляет собой геном бактериальной клетки?

3.Что такое плазмиды?

4.Какие плазмиды Вы знаете?

5.Охарактеризуйте IS-элементы и транспозоны.

6.Расскажите о строении ДНК.

7.Что такое генотип и фенотип?

8.Расскажите о фенотипической изменчивости.

9.Назовите формы генотипической изменчивости.

10.Расскажите о мутация бактерий и их проявлениях.

11.Назовите виды рекомбинаций.

12.Расскажите о трансформации у бактерий.

13.Что такое трансдукция?

14.Виды трансдукции.

15.Расскажите о конъюгации у бактерий.

16.Расскажите о принципах генной инженерии.

10.5.Тренировочные тесты

1.Наука о наследственности и изменчивости организмов называется:

-иммунологией

-физиологией

-морфологией

+ генетикой - экологией

2.Геном бактерий включает: + нуклеоид

- цитоплазматическую мембрану + плазмиды + мобильные элементы - рибосомы

3.Совокупность генов бактериальной клетки называется: - плазмидой - транспозоном + генотипом - фенотипом

- мобильными элементами

4.Генетический материал в бактериальной клетке содержится: - в цитоплазматической мембране - в клеточной стенке

313

+в плазмидах

+в геноме

- в капсулах

5.К внехромосомным факторам наследственности бактерий относятся: - митохондрии + плазмиды - рибосомы - мезосомы - включения

6.Плазмиды могут определять следующие свойства бактерий:

+ выработка бактериоцинов - выработка конститутивных ферментов

+множественная лекарственная устойчивость

+способность к конъюгации

- спорообразование

7.F-плазмиды обусловливают: - трансформацию + образование половых пилей

- синтез энтеротоксинов - устойчивость к антибиотикам - синтез колицинов

8.R-плазмиды обусловливают: - образование половых пилей - синтез энтеротоксинов

+ устойчивость к антибиотикам - синтез колицинов - спорообразование

9.Ent-плазмиды обусловливают: - синтез гемолизина - образование половых пилей

+ синтез энтеротоксинов - устойчивость к антибиотикам - синтез колицинов

10.Col-плазмиды обусловливают: - утилизацию глюкозы - синтез гемолизина - синтез энтеротоксинов

- устойчивость к антибиотикам + синтез колицинов

314

11.Hlyплазмиды обусловливают: - синтез энтеротоксинов + синтез гемолизинов

- устойчивость к антибиотикам - синтез бактериоцинов - синтез половых ворсинок

12.Совокупность внешних признаков бактериальной клетки в конкретных условиях внешней среды называется:

- диссоциацией + фенотипом - хромосомой - генотипом - мутацией

13.Виды изменчивости бактерий:

-морфологическая + фенотипическая + генотипическая

-физиологическая

-биохимическая

14.Изменчивость, при которой изменение фенотипического признака связано со структурными изменениями в ДНК, называется:

- ненаследственной + наследственной + генотипической - фенотипической

- модификационной

15.Стойкое наследственное изменение свойств бактерий в результате изменения первичной структуры ДНК называется:

- адаптацией - диссоциацией - репарацией + мутацией

- рекомбинацией

16.Виды мутаций у бактерий:

+спонтанные

+индуцированные - генетические - фенотипические

- модификационные

17. Возможные механизмы формирования мутаций у бактерий:

315

-трансформация + дупликация + инверсия

-трансдукция

+ транслокация

18.В качестве мутагенов могут выступать: - бактериофаги + УФЛ

+ ионизирующее излучение - физиологический раствор + химические вещества

19.Формы генотипической изменчивости бактерий: - диссоциация + мутации + рекомбинации

- полиморфизм - адаптация

20.Конъюгация – это передача:

- изолированного фрагмента ДНК от клетки-донора клетке-реципиенту + ДНК от клетки-донора в клетку-реципиент через конъюгационный мостик

-ДНК от одних бактерий другим посредством фага

-ДНК с помощью R-плазмид

-R-плазмид от донора реципиенту

21.Способность к конъюгации связана с наличием на поверхности бактерий: - гемагглютинина - жгутиков - капсулы

- пилей общего типа + секс-пилей (пилей 2-го порядка)

22.Трансформация – это передача:

+ изолированного фрагмента ДНК от клетки-донора клетке-реципиенту

-ДНК от клетки-донора в клетку-реципиент через конъюгационный мостик

-ДНК от одних бактерий другим посредством умеренного фага

-ДНК от одних бактерий другим посредством вирулентного фага

-изолированной плазмидной ДНК от клетки-донора в клетку-реципиент*

23. Трансдукция - это передача:

-изолированной плазмидной ДНК от клетки-донора клетке-реципиенту

-изолированной хромосомной ДНК от клетки-донора клетке-реципиенту

-ДНК от клетки-донора клетке-реципиенту через конъюгационный мостик + ДНК от одних бактерий другим посредством умеренного фага

316

- ДНК от одних бактерий другим с помощью R-плазмид

24.Виды трансдукции: - адаптивная + абортивная

- фенотипическая + неспецифическая + специфическая

25.Проявлением фенотипической изменчивости бактерий является: - бактериоциногения - спорообразование - транзиция + адаптация

- подвижность

26.Виды репараций:

-спонтанные

-индуцированные + темновая + световая

-рекомбинантная

27.Мутации бывают: + генные + хромосомные + точковые

+ обратные - темновые

28.Мутации в зависимости от вызываемых в клетке последствий делятся на: - неспецифические + нейтральные - специфические

+ условно-летальные + летальные

29.Транзиция – это:

-замена пурина на пиримидин

-замена пиримидина на пурин

+замена пиримидина на пиримидин

+замена пурина на пурин

- перенос ДНК из одной клетки в другую с помощью фагов

30. Трансверсия – это:

+ замена пурина на пиримидин

317

-замена пиримидина на пиримидин

-замена пурина на пурин

-перенос ДНК из одной клетки в другую с помощью фагов

-перенос ДНК из одной клетку в другую с помощью F-плазмид

31. Процесс восстановления поврежденной клеточной ДНК называется:

-конъюгацией + репарацией

-трансформацией

-трансдукцией

-мутацией

Примечание: знаком + отмечены правильные ответы.

318

11. Экология микробов

11.1.Распространение и роль микробов в природе

Вприроде микробы распространены повсеместно. Взаимоотношения микроорганизмов между собой и с окружающей средой изучает экология (греч. oikos – жилище, logos – понятие, учение). Этот термин предложил в 1866 году Э. Геккель. Основной единицей в экологии является экосистема. В нее входят как биологические, так и абиотические компоненты (рисунок 11.1).

Рисунок 11.1 – Строение экосистемы.

Биологические компоненты составляют сообщество организмов или

биоценоз той ли иной системы. Под абиотическими компонентами следует понимать физические и химические условия экосистемы, в которой живут организмы. Размеры микробных экосистем очень разнообразны. В качестве микробных экосистем могут выступать организм человека или животных, пруд, озеро, корневая система дерева. Возможны и такие экосистемы, как ротовая полость или участок кишечника.

Естественными средами обитания большинства микроорганизмов являются почва, вода и воздух. Применительно к человеку средами обитания микробов является организм человека в целом или его отдельные системы (зоны обитания) – пищеварительная, дыхательная, мочеполовая системы. В этих зонах обитания микроорганизмы образуют микробные сообщества или микробиоценозы. Каждое микробное сообщество в конкретном биоценозе образуют специфичные

аутохтонные микроорганизмы (греч. autos – свой, chthon – страна), которые обычно в них встречаются. В природных биоценозах (почва, вода, воздух) выживают и размножаются лишь те микроорганизмы, которым благоприятствуют условия окружающей среды (температура, влажность, кислотность и другие факторы).

Между микробами и высшими организмами в микробиоценозах сложились сложные взаимоотношения. Тесное сожительство различных организмов, в том числе микроорганизма с макроорганизмом, называют симбиозом. Участники

319

симбиоза называются симбионтами. Симбиоз характеризуется различными типами взаимоотношений по отношению к организму хозяина и друг к другу. Выделяют такие формы симбиоза как мутуализм, комменсализм, паразитизм, антагонизм.

Мутуализм (англ. mutual - взаимный) - это такая форма сожительства, когда оба симбионта (хозяин и микроб) получают взаимную выгоду. При мутуализме создаются благоприятные условия для обоих партнеров, то есть мутуализм является взаимовыгодным симбиозом. Примером мутуализма служит сожительство растений с клубеньковыми бактериями, которые питаются веществами из соков растения (например, бобовых - гороха, вики), а растения, в свою очередь, используют в качестве питательных веществ азотистые соединения, синтезированные клубеньковыми бактериями.

Комменсализм (лат. com - с, mensa - стол; сотрапезничество, за одним столом) - это такая форма сожительства, когда один из симбионтов (в данном случае микроб) живет за счет хозяина, пользуется его защитой, но не причиняет хозяину никакого вреда. При комменсализме партнерство может быть выгодно одному из организмов без оказания вредного воздействия на другого. Микробы-комменсалы (стафилококки, стрептококки) населяют в качестве нормальной микрофлоры кожные покровы и слизистые оболочки человека и животных. Однако при комменсализме представители условно-патогенной микрофлоры при определенных условиях могут вызывать тяжелые заболевания.

Мутуализм и комменсализм характерны для нормальной микрофлоры организма здорового человека и животных.

Паразитизм (греч. parasitos – нахлебник) - это такая форма сожительства, когда микроорганизмы-паразиты питаются за счет тканей хозяина, при этом причиняют ему вред, вызывая инфекционную болезнь. Микробы – паразиты не могут существовать без организма хозяина. Такие микроорганизмы называются патогенными. Следовательно, средой обитания паразита является организм хозяина, к которому паразит адаптируется в процессе эволюции. В процессе эволюции патогенные микробы приобрели способность паразитировать в определенных тканях, например, сальмонеллы паразитируют в слизистой тонкого кишечника. В таких случаях говорят о тропизме паразитов, то есть способности избирательно поражать преимущественно те или иные органы и ткани (например, нейротропные, эпителиотропные, пневмотропные бактерии).

Многие микроорганизмы, попадая в организм человека, никак не влияют друг на друга, то есть между ними нет взаимодействия, такая ситуация называется нейтрализмом. При нейтрализме партнеры (микроорганизм и макроорганизм) могут не оказывать друг на друга никакого влияния.

Антагонизм - это взаимное противодействие организмов. Антагонизм микробов - это такие взаимоотношения, когда при совместном развитии популяций бактерии одного вида или представители одного и того же вида угнетают развитие других видов, а иногда полностью их уничтожают. На явлении антагонизма микробов основано лечебно-профилактическое действие антибиотиков и пробиотиков.

Синергизм - это одинаковые физиологические процессы различных микробных ассоциаций, в результате которых происходит увеличение конечных

320

продуктов.

Сателлизм - это стимуляция роста одного микроорганизма продуктами жизнедеятельности другого, который затем становится его спутником.

Различными могут быть и пространственные отношения между симбионтами. Если один симбионт находится вне клеток другого, то говорят об эктосимбиозе, а если внутри клеток - об эндосимбиозе. Более крупного из симбионтов называют хозяином.

В природе микроорганизмы участвуют в первую очередь в круговороте веществ. Так, роль микроорганизмов в круговороте углерода заключается в разложении тканей отмерших растений и животных в аэробных условиях до углекислого газа и воды, а в анаэробных условиях – до кислот, спиртов и углекислого газа. В круговороте азота роль микробов заключается в том, что микроорганизмы могут связывать атмосферный азот (азотфиксация) или превращать органические вещества в аммонийные соединения. Процесс образования аммиака при разрушении белка микроорганизмами называется аммонификацией. Процесс образования нитритов и нитратов при распаде органических веществ в процессе окисления аммиака до азотистой и азотной кислот называется нитрификацией. Процесс восстановления нитратов с выделением свободного азота называется денитрификация.

11.2. Микрофлора почвы

Почва представляет собой смесь неорганических веществ и органических соединений, образующихся в результате гибели и разложения живых организмов. Неорганические частицы почвы – это минеральные вещества, окруженные пленкой коллоидных веществ органической или неорганической природы. Почвенные живые организмы в совокупности составляют почвенный биоценоз. Содержащиеся в почве живые организмы (в том числе микроорганизмы) составляют живую фазу почвы. В нее входят макроорганизмы и микроорганизмы, как животного, так и растительного происхождения.

Макроорганизмы живой фазы почвы включают:

-макрофауну (грызуны, насекомые, клещи, брюхоногие моллюски, многоножки, пауки и кольчатые черви);

-макрофлору (корни растений).

Микроорганизмы живой фазы почвы включают:

-микрофауну (нематоды, простейшие, коловратки);

-микрофлору (водоросли, грибы, бактерии).

Находящиеся в почве микроорганизмы подразделяются на два вида:

-аутохтонные микроорганизмы (резидентные микроорганизмы,

резидентная микрофлора), то есть микробы, которые присущи только конкретному типу почвы;

-аллохтонные микробы (транзиторная микрофлора), то есть те микроорганизмы, которые в обычных условиях в почве не встречаются.

Микроорганизмы в почве развиваются в водных и коллоидных пленках, покрывающих твердые частицы, и особенно в капиллярной и гравитационной воде,