Добавил:
kiopkiopkiop18@yandex.ru Вовсе не секретарь, но почту проверяю Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Скачиваний:
37
Добавлен:
02.07.2023
Размер:
2.29 Mб
Скачать

Плазмиды подразделяют на различные категории в зависимости от свойств, которые они кодируют у бактерий (таблица 7):

Таблица 7 – Классификация плазмид

Категории плазмид

Свойства

F-плазмида (от англ. fertility

Кодирует способность к переносу плазмид-

плодовитость).

ных и хромосомных генов при конъюгации

 

бактерий через половые пили.

R-плазмида (от англ. resis-

Кодирует устойчивость бактерий к несколь-

tance – противодействие) –

ким антибиотикам и другим лекарственным

плазмида резистентности.

веществам.

Плазмиды бактериоциноген-

Кодируют синтез бактериоцинов (особых

ности.

белков), вызывающих гибель близкородст-

 

венных бактерий. Например, бактериоцины

 

E.coli вызывают гибель патогенных энтеро-

 

бактерий. Бактериоцины могут быть полезны

 

при лечении инфекций, вызванных антибио-

 

тикорезистентными бактериями.

Плазмиды патогенности.

Кодируют синтез поверхностных бактериаль-

 

ных антигенов, энтеротоксинов, гемолизинов

 

и других факторов патогенности.

Подвижные генетические элементы

Транспозоны – подвижные участки ДНК, которые способны перемещать-

ся внутри бактериальной хромосомы или между ДНК бактерий, плазмид и бак-

териофагов («прыгающие гены»). Помимо генов, кодирующих их перемещение по ДНК, транспозоны могут содержать структурные гены, обеспечивающие бактерию новыми свойствами (устойчивость к антибиотикам, токсинопродук-

ция и др).

Вставочные последовательности или инсерционные элементы (от англ. insertion sequens – вставочные последовательности) – простейший тип генети-

ческих элементов, мигрирующих между хромосомами, внутри хромосомы, ме-

жду хромосомой и плазмидами. Содержат гены, необходимые для их переме-

щения, новых свойств не кодируют.

8

Подвижные генетические элементы могут:

-распространять новые гены в популяции бактерий;

-координировать взаимодействие плазмид с хромосомой;

-вызывать изменения генов (мутацию, инактивацию) в местах их внедре-

ния в генетический материал.

Таким образом, внехромосомные молекулы ДНК бактериальной клетки способствуют разнообразным изменениям бактериального генома, появлению новых свойств и эволюционным изменениям микробной популяции в целом.

4. Виды генетической изменчивости. Использование генной инженерии в

медицине.

Мутации – это изменения последовательности нуклеотидов в бактериаль-

ной ДНК, которые ведут к изменению или утрате одного или нескольких фено-

типических признаков. Мутации у бактерий происходят с высокой частотой под влиянием очень многих внешних факторов, которые называются мутагена-

ми. Самые частые мутагены: УФ-, γ-лучи (физические), органические и неорга-

нические вещества (химические), транспозоны (биологические). Мутации бы-

вают: точечными (затрагивают один ген) и более протяженными (целый уча-

сток хромосомы). Они могут быть самопроизвольными и вызванными искусст-

венно. Мутации, которые приводят к возникновению новых полезных свойств,

обеспечивают выживаемость бактериальных популяции.

Генетические рекомбинации – это передача новых генов от одной клетки к другой с приобретением новых свойств, закодированных в этих генах. Гене-

тические рекомбинации отличаются друг от друга способом попадания в клетку новых генов. Виды генетических рекомбинаций: трансформация, конъюгация,

трансдукция, фаговая конверсия.

Трансформация у бактерий – форма генетической изменчивости, при ко-

торой бактерия-реципиент поглощает из внешней среды трофическим путем фрагменты ДНК погибшей бактерии-донора. Это приводит к образованию ре-

9

комбинантных бактерий, обладающих некоторыми свойствами донорских кле-

ток (рисунок 10).

Рисунок 10 – Трансформация у бактерий (схема)

Впервые феномен трансформации был установлен Ф. Гриффитсом в

1928 г. на модели бескапсульного и капсульного пневмококков (рисунок 11).

Следует напомнить, что капсула пневмококков – мощный фактор патогенности,

способствующий возникновению септического течения инфекции и гибели ла-

бораторного животного. Для проведения опыта в качестве индикатора исполь-

зовали 3 белые мыши. Первую мышь заражали живыми, бескапсульными неви-

рулентными пневмококками. Второй мыши вводили убитую культуру капсуль-

ных вирулентных пневмококков; третьей мыши – смесь живых бескапсульных пневмококков и убитых капсульных пневмококков.

В результате из всех мышей, взятых в опыт, погибала третья мышь, т.к.

живые бескапсульные пневмококки поглощали фрагменты ДНК убитых кап-

сульных, приобретали ген, кодирующий синтез капсулы, превращались в виру-

лентные пневмококки и убивали мышь.

10

Рисунок 11 – Опыт Ф. Гриффитса по трансформации пневмококков

Конъюгация у бактерий – передача генетического (хромосомного и не-

хромосомного) материала от бактерии-донора к бактерии-реципиенту при их непосредственном контакте (рисунок 12). Необходимым условием для конъю-

гации является наличие у бактерии-донора F-плазмиды, которая контролирует синтез половых pili на поверхности клеток-доноров.

а)

б)

Рисунок 12 – Конъюгация у бактерий (а – электронная микроскопия, б – схема)

Процесс конъюгации между бактерией-донором (F+) и бактерией-

реципиентом (F-) имеет следующие стадии:

установление контакта между донором и реципиентом с помощью половых

pili;

11

прохождение генетического материала через канал половой pili от донора к реципиенту;

рекомбинация между донорской и реципиентной ДНК.

F-плазмида может находиться как в автономном состоянии в цитоплазме,

так и в интегрированном с хромосомой клетки. Находясь в автономном состоя-

нии, она контролирует только собственный перенос при конъюгации. В резуль-

тате F- клетка превращается в F+ клетку, содержащую F-плазмиду. Если F-

плазмида интегрирована с хромосомой бактерии, то при конъюгации она кон-

тролирует не только собственный перенос, но и перенос части хромосомной ДНК в клетку-реципиент. С помощью интегрированной F-плазмиды частота переноса хромосомных генов между бактериями существенно возрастает.

Трансдукция и фаговая (лизогенная конверсия) у бактерий.

Трансдукция – перенос небольшого фрагмента хромосомной ДНК от клетки-донора к клетке-реципиенту с помощью умеренного бактериофага (ри-

сунок 13). В результате трансдукции бактерия-реципиент приобретает новые фенотипические признаки (ферментативные свойства, устойчивость к антибио-

тикам и др.). При выходе бактериофага из клетки фрагмент донорской трансду-

цированной ДНК остается в хромосоме клетки-реципиента, следовательно, со-

храняются и новые фенотипические признаки. Таким образом, при трансдукции умеренный бактериофаг выполняет только транспортную функцию.

Рисунок 13 – Трансдукция у бактерий

12

Фаговая конверсия (от лат conversion – превращение) – получение бакте-

рией новых свойств в результате использования генов профага, интегрирован-

ного с хромосомой клетки. Например, ДНК умеренного дифтерийного фага со-

держит ген tox, который кодирует синтез дифтерийного экзотоксина. Если ДНК такого умеренного фага интегрирует с ДНК дифтерийной палочки, то она пре-

вращается в токсигенную, т.е. продуцирующую дифтерийный экзотоксин. При выходе из клетки умеренного фага дифтерийные бактерии утрачивают ген tox и

теряют способность к продукции экзотоксина. Лизогенная конверсия выявлена также у возбудителей ботулизма, холеры и др.

Использование генной инженерии в медицине

Получение живых вакцин. В основе лежит принцип аттенуации, предложен-

ный Л. Пастером. Аттенуация – ослабление вирулентности микробов под действием физических, химических или биологических факторов с сохране-

нием их иммуногенных свойств. Например, вакцинный штамм туберкулез-

ных бактерий (БЦЖ) был получен А.Ш. Кальметом и Ж-М.К. Жереном пу-

тем длительного (13 лет) выращивания возбудителя туберкулеза на пита-

тельной среде с желчью.

Получение генно-инженерных вакцин (рекомбинантная дрожжевая вакцина против вирусного гепатита В из протективного HBs-антигена вируса).

Разработка и внедрение в практику молекулярно-биологических методов ди-

агностики инфекционных заболеваний, например, ПЦР.

Получение штаммов бактерий и микроскопических грибов с высокой про-

дукцией антибиотиков.

Получение инсулина, гормонов, интерферона и других биологических ве-

ществ в бактериальных клетках с помощью генно-инженерных методов.

13

5. Антибиотики. Классификация антибиотиков по механизму антимикроб-

ного действия.

Антибиотики – это химические вещества биологического происхождения,

а также их полусинтетические и синтетические аналоги, обладающие бактерио-

статическим или бактерицидным действием.

Антибиотики, обладающие бактериостатическим действием, подавляют рост и размножение микроорганизмов. Антибиотики, обладающие бактери-

цидным действием, вызывают гибель микроорганизмов.

Антибиотики были открыты английским ученым А. Флемингом и амери-

канским ученым С. Ваксманом. В 1929 г. А. Флеминг установил, что фильтрат бульонной культуры плесневого гриба Penicillium notatum содержит вещество

(пенициллин), угнетающее рост стафилококков. Однако, в чистом виде препа-

рат был получен лишь в 1940 г., после чего было налажено его промышленное производство. С. Ваксман открыл в 1944 г. стрептомицин (его продуцентом яв-

ляется Actinomyces griseus) и предложил впервые термин «антибиотик» (от греч. anti, bios – против жизни). В настоящее время существует более 6 тысяч природных антибиотиков и созданы многие десятки тысяч полусинтетических и синтетических препаратов.

А. Флеминг

З.А. Ваксман

14

Антибиотики могут вырабатывать клетки животного (лизоцим) и расти-

тельного происхождения (фитонциды чеснока и лука), однако широкого произ-

водственного применения в медицине они не имеют.

Основными источниками получения природных и полусинтетических

антибиотиков являются:

-плесневые грибы родов Penicillium и Cephalosporium – синтезируют бета-

лактамные антибиотики (пенициллины и цефалоспорины);

-актиномицеты (ветвящиеся бактерии) – синтезируют большинство (80%)

природных антибиотиков, в том числе стрептомицин, ванкомицин, нистатин и др.;

-бактерии (бациллы, псевдомонады и др.).

Группы антибиотиков по химической структуре:

бета-лактамные (пенициллины, цефалоспорины, монобактамы, карбапенемы);

макролиды;

производные диоксиаминофенилпропана (левомицетин);

тетрациклины;

аминогликозиды;

спектиномицин;

полимиксины;

гликопептиды;

липопептиды;

ансамицины (рифампицин);

полиеновые антибиотики;

антибиотики других химических групп.

15

Синтетические противомикробные химиотерапевтические препараты.

Методами химического синтеза созданы вещества, которые не встречаются в живой природе, но похожи на антибиотики по механизму и спектру действия.

К наиболее значимым группам относят:

1.сульфаниламиды (производные сульфаниловой кислоты);

2.хинолоны;

3.нитрофураны;

4.8-оксихинолины;

5.производные хиноксалина;

6.5-нитроимидазолы

7.оксазолидиноны.

В бактериальной клетке есть четыре основные области, которые отличают-

ся от клеток человека и определяют клиническую эффективность действия ан-

тибактериальных препаратов: клеточная стенка, рибосомы, нуклеиновые

кислоты и цитоплазматическая мембрана.

По механизму действия антибиотики подразделяют:

1. Бактерицидные:

нарушают синтез клеточной стенки или ее компонентов (бетa-лактамы,

фосфомицин, ристомицин);

нарушают морфо-функциональную организацию цитоплазматической мембраны (полимиксины, полиены);

нарушают репликацию ДНК (фторхинолоны).

2. Бактериостатические:

ингибируют синтез белка на уровне РНК-полимеразы (рифампицины);

ингибируют синтез белка на уровне рибосом (тетрациклины, левомице-

тин, фузидин, макролиды и др.).

16

Антибиотики могут быть узкого спектра (действуют только на грамотри-

цательные бактерии или на некоторые виды грамположительных бактерий), а

также широкого спектра (действуют на грамположительные и грамотрица-

тельные бактерии).

Существуют специальные группы антибиотиков: противотуберкулез-

ные, противогрибковые и др.

Нерациональное применение антимикробных лекарственных средств для лечения инфекционных заболеваний нередко приводит к формированию лекар-

ственной устойчивости – антибиотикорезистентности. Бактерии следует счи-

тать резистентными, если они не обезвреживаются оптимальными терапевтиче-

скими дозами препарата, вводимого в организм. Резистентность может быть

природной и приобретенной. Приобретенная лекарственная резистентность связана с адаптацией микроорганизмов к условиям окружающей среды. Про-

блема формирования и распространения лекарственной резистентности микро-

бов особенно значима для внутрибольничных инфекций, вызываемых госпи-

тальными микробами с множественной лекарственной устойчивостью к не-

скольким антибиотикам (так называемая полирезистентность).

6.Методы определения чувствительности бактерий к антибиотикам.

Осложнения и последствия антибиотикотерапии.

Метод серийных разведений. В пробирках готовят двукратные разведе-

ния антибиотиков, а затем к каждому разведению добавляют взвесь исследуе-

мых бактерий. После термостатирования в течение суток при 370С определяют минимальную подавляющую концентрацию антибиотика (МПК), т.е самую низкую концентрацию препарата, которая полностью задерживает рост бакте-

рий (рисунок 14).

17

Соседние файлы в папке Экзамен микробик