Основы общей микробиологии и иммунологии. Учебное пособие

С 20 Саруханова Л.Е., Волина Е.Г.

Основы общей микробиологии и иммунологии: Конспект лекций. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: РУДН, 2009. – 111 с.

Конспект лекций включает основные разделы общей микробиологии, содержит сведения о морфологии и физиологии микроорганизмов и бактериофагов, генетике бактерий. Даны также главные представления об инфекции и иммунитете, методах иммунодиагностики, иммунопрофилактики и иммунотерапии.

Может быть использован при изучении курса микробиологии студентами заочного отделения по специальности «Фармация».

Подготовлено на кафедре микробиологии медицинского факультета РУДН.

©Саруханова Л.Е., Волина Е.Г., 2009

©Российский университет дружбы народов, Издательство, 2009

КРАТКИЙ ОЧЕРК ИСТОРИИ МИКРОБИОЛОГИИ

Микробиология - наука о мельчайших живых орга- низмах-микробах. Ее название происходит от греческих слов microsмалый, bios-жизнь, logosучение. Микробиология – обширная научная дисциплина, объектами изучения которой являются бактерии, грибы, простейшие и вирусы. Задачи фармацевтической микробиологии является создание средстви методов защиты лекарственного сырья и препаратов от разрушительного действия контаминирующих их микроорганизмов, усовершенствование эффективности методов асептики, антисептики и дезинфекции.

Основоположником микробиологии можно считать голландца Антони ван Левенгука, который увлекался шлифованием стекол и с их помощью рассматривал окружающие объекты - капельки воды, уксуса, зубной налет, настои трав и др. Именно в них он обнаружил подвижные существа, которые назвал зверушками.

Важнейшие открытия в микробиологии принадлежат французскому ученому Луи Пастеру. Им были изучены процессы брожения, явление анаэробиоза, введены новые методы исследования, заложены основы асептики, антисептики и дезин-фекции. Пастер создал медицинскую микробиологию. В его лаборатории были впервые получены вакцины для профилактики холеры кур, краснухи свиней,сибирской язвы у животных, бешенства.

Дальнейшему прогрессу микробиологии способствовали открытия немецкого врача Роберта Коха ( 1843-1910). Разработка плотных питательных сред, способы окрашивания препаратов анилиновыми красителями, микрофотографирование вывели науку на новый методический уровень. Кох открыл возбудителей туберкулеза и холеры, внес много нового в исследования сибирской язвы.

Русский ученый И.И.Мечников создал учение о фагоцитозе и в 1908 году за разработку клеточной теории имму-

3

нитета вместе с Паулем Эрлихом – автором теории гуморального иммунитета был удостоен Нобелевской премии.

Достижением века стали исследования Д.И. Ивановского, открывшего вирусы и заложившего основы новой науки-вирусологии.

Среди отечественных исследователей немало тех, кто способствовал развитию микробиологии. Один из них - Н.Ф.Гамалея, трудами которого в России были созданы станции прививок от бешенства.

С.Н.Виноградский впервые выделил микроорганизмы, способные синтезировать органические вещества из неорганических и назвал их автотрофными.

Вобласти микробиологии работали ученые многих стран. Канадский исследователь Д,Эррель открыл бактериофаг. Американец У.Стенли установил белково-нуклеиновую природу вирусов. Английский врач Александр Флеминг в 1928 году открыл пенициллин, а его соотечественники Г.Флори и Э.Чейн получили первый препарат этого антибиотика, открыв новую эру в лечении инфекционных заболеваний. ХХ век был ознаменован выдающимися открытиями в области иммунологии, вирусологии, генетики и появлением новых имен талантливых исследователей.

Вкоротком очерке истории развития микробиологии упомянуты лишь некоторые ученые. С другими именами постоянно сталкиваются в медицинских и микробиологических учреждениях ежедневно. Многие микроорганизмы названы в честь их первооткрывателей. Некоторые приборы и оборудование, методики исследования известны под именами их авторов.

Заслуги многих поколений микробиологов позволили ликвидировать или значительно снизить уровень заболеваемости при ряде инфекций, организовать производство лекарственных и биологических препаратов и разработать методы диагностики, профилактики и лечения болезней, вызванных микроорганизмами. Микробиология тесно связана с другими

4

направлениями медицины и отраслями науки , в частности, с фармакологией.

ПРИНЦИПЫ КЛАССИФИКАЦИИ И СИСТЕМАТИКИ БАКТЕРИЙ

Методы изучения микроорганизмов:

•бактериоскопический (микроскопический) метод дает информацию о форме, размере, подвижности, тинкториальных свойствах;

•бактериологический метод позволяет изучать особенности роста микроорганизмов на плотных и жидких питательных средах;

•биохимический метод определяет ферментативные свойства микроорганизмов;

•серологический метод используется в целях изучения антигенной структуры микроорганизмов;

•биологический метод основан на использовании экспериментальных животных с целью установления патогенности (способности вызывать заболевание) изучаемых микроорганизмов или их метаболитов.

Вслучае, когда идентификация с помощью перечисленных методов затруднена, используют методы молекуляр- но-генетического контроля.

Всистеме классификации существуют таксономические категории: царство, подцарство, отдел, класс, порядок, семейство, род, вид, подвид и др. Одна из основных категорий для микроорганизмов - вид. Это “эволюционно сложившаяся совокупность микроорганизмов, имеющих общее происхождение, единый генотип, сходные признаки и свойства, проявляющиеся в стандартных условиях”. Близкие виды объединяют в роды. Семейства состоят из родов, а не-

5

сколько семейств входят в порядок. Существуют такие понятия как чистая культура, штамм, клон, вариант.

Клон – потомство клеток микроорганизмов, полученных из одной клетки или одной споры.

Чистая культура – совокупность микроорганизмов одного вида или варианта, полученная из изолированной колонии

Штамм – чистая культура, выделенная из определенного источника (организма человека, животных, окружающей среды).

Для того, чтобы подчеркнуть определенные различия особей одного вида используют термин “вариант” (сокращенно “вар“). Морфовары – морфологические варианты, хемовары – имеют химические различия, серовары отличаются по антигенной структуре, биовары – по физиологобиохимическим свойствам, фаговары- по отношению к бактериофагам. Названия микроорганизмов состоят из двух слов: первое - название рода пишется с прописной (заглавной) буквы, а второе – видовое со строчной (маленькой ). Например: Staphylococcus aureus – золотистый стафилококк.

По строению клетки микроорганизмы делятся на прокариотов и эукариотов. Принципиальное различие заключается в строении ядерного аппарата. Эукариоты – истинноядерные микроорганизмы, у которых ядро обособлено от цитоплазмы оболочкой, а клетка имеет мембранные органеллы. К ним относятся грибы и простейшие. Прокариоты содержат ДНК, не отделенную оболочкой и имеют более низкий уровень организации клетки. Прокариоты представлены бактериями, которые делят на 4 отдела:

•Gracilicutes, включающий грамотрицательные бактерии с тонкой стенкой;

•Furmicutes - грамположительные бактерии с толстой клеточной стенкой;

6

•Tenericutes, к которому относятся микоплазмы, лишенные ригидной клеточной стенки.

•Mendosicutes – архебактерии с дефектной клеточной стенкой, различающиеся строением рибосом, мембран и рибосомальной РНК.

МОРФОЛОГИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ

Морфология бактерий

Самую многочисленную группу прокариот представляют собственно бактерии. По форме они подразделяются на шаровидные, палочковидные и извитые.

•Шаровидные – кокки (от лат. сoccus – зерно) име-

ют форму шариков. В зависимости от расположения различают:

моно или микрококки ( micrococcus ), характеризующиеся одиночным беспорядочным расположением;

диплококки ( diplococcus ) – парные кокки;

тетракокки ( tetracoccus ) – состоят из 4 кокков;

стрептококки ( streptococcus ) – располагаются в виде цепочек различной длины;

стафилококки ( staphylococcus ) – образуют скопления клеток, похожие на гроздья винограда;

сарцины (sarcina) – кокки, соединенные в виде пакетов ( кубиков ) за счет деления клеток в трех взаимоперпендикулярных плоскостях.

•Палочковидные подразделяются на бактерии и бациллы. Они имеют различные размеры и могут располагаться поодиночке, попарно ( диплобактерии или диплобациллы), цепочками ( стрептобактерии или стрептобациллы ). Бациллы в отличии от бактерий могут образовывать споры в неблагоприятных условиях (при недостатке питательных ве-

7

ществ, воздействии температуры, изменении рН среды и т.д.). Процесс спорообразования у бацилл не является способом размножения, а служит для сохранения вида в неблагоприятных условиях.

•Извитые - вибрионы (от лат. vibrio – изгибаюсь) похожи на запятую;

спириллы ( от лат. spiraвиток) имеют несколько завитков в виде спирали.

Кроме перечисленных, обнаружены бактерии, клетки которых имеют треугольную, квадратную, червеобразную и звездчатую форму. Встречаются нитчатые и ветвящиеся бактерии. Причиной полиморфизма могут стать факторы внешней среды. Нетипичные формы встречаются обычно среди сапрофитных бактерий.

Кбактериям относятся также:

•спирохеты (от лат. spira – виток, изгиб и chait – волосы). Они представляют собой длинную извитую клетку. Состоят из осевой нити, выполняющей двигательную и опорную функции; цитоплазмы, цитоплазматической мембраны,

оболочки и нуклеоида. Осевая нить содержит фибриллы. Протоплазма спиралевидная. Спирохеты имеют в цитоплазме включения, типичные для всех прокариот, совершают поступательные, вращательные и сгибательные движения;

•риккетсии ( rickettsia ) – мелкие полиморфные клетки кокковидной, палочковидной или нитевидной формы. Риккетсии – облигатные внутриклеточные паразиты, не растущие на питательных средах;

•хламидии ( от греч. сhlamydia - плащ, мантия)- мелкие бактериоподобные клетки, строгие внутриклеточные паразиты. Существует несколько стадий развития хламидий. Инфекционная форма называется элементарным тельцем. Это стадия покоя в период перехода из одной клетки макроорганизма в другую. При попадании в клетку хламидии превращаются в ретикулярные тельца и могут делиться. Воз-

8

никающие при этом цитоплазматические включения называются микроколониями. В них созревают элементарные тельца, окруженные общей оболочкой – хламидой. Проникновение хламидий в клетку осуществляется путем фагоцитоза. После образования микроколоний клетка – хозяин разрушается и элементарные тельца выходят наружу;

•микоплазмы – мелкие полиморфные клетки, лишенные ригидной оболочки, морфологически неоднородны: имеют вид мелких овальных или крупных шаровидных клеток. Иногда встречаются ветвящиеся формы;

•актиномицеты – лучистые грибки ( от греч. actis луч

иmykes – гриб ). Представляют собой бактерии, сходные по морфологии с грибами.

Строение бактериальной клетки

Капсула – защитный слизистый слой, расположенный снаружи клеточной стенки. В зависимости от толщины и консистенции различают макро- и микро-капсулу и слизистые чехлы. Макрокапсула видна в световом микроскопе, а микрокапсула - только в электронном. Слизистый чехол представляет собой бесструктурное, аморфное вещество. Чаще капсулы представлены полисахаридами. Капсулы защищают клетку от внешних воздействий, позволяют более прочно прикрепляться к субстрату, относятся к факторам патогенности. Капсулообразование свойственно не всем бактериям и не является постоянным признаком. Патогенные бактерии образуют капсулу в макроорганизме и утрачивают ее при культивировании в бессывороточных питательных средах.

Клеточная стенка – внешняя оболочка, окружающая бактериальную клетку. Она выполняет защитную, структурную и транспортную функции и представлена слож-

9

ным биогетерополимером, основным компонентом которого является пептидогликан (синонимы: муреин, мукопептид, муреиновый комплекс). Муреин придает стенке прочность и играет роль при взаимодействии клетки с иммунной системой макрорганизма. В 1884 году датский исследователь Христиан Грам предложил метод окраски бактерий, включающий последовательную обработку клеток красителем генцианвиолетом, йодом, спиртом, водой, фуксином. По отношению к окраске по Граму все бактерии подразделяются на

грамположительные (грампозитивные) и грамотрицатель-

ные (грамнегативные). Первые приобретают синефиолетовую окраску, поскольку прочно удерживают комплекс “генцианвиолет – йод” и не обесцвечиваются после обработки спиртом. Грамотрицательные, которые теряют цвет под действием спирта, докрашивают фуксином в ярко розовый цвет. Конечный результат окраски обусловлен различиями в строении и химическом составе клеточной стенки. Муреин содержится в оболочках как грамположительных, так и грамотрицательных бактерий. Однако, у грамположительных микроорганизмов муреин многослойный. Муреин грамотрицательных бактерий располагается в один слой. Отличительной особенностью грамположительных бактерий является также наличие в их клеточной стенке тейхоевых кислот. Стенка грамотрицательных бактерий содержит полимерный липополисахаридный слой (ЛПС), над которым расположен слой липопротеида. Здесь же локализованы специализированные белки – порины, проходящие через ЛПС и участвующие в процессе транспорта веществ. ЛПС обладает токсическими и антигенными свойствами. Между цитоплазматической мембраной (ЦПМ) и клеточной стенкой может находиться пространство, заполненное ферментами, – периплазма. Специфика организации клеточной стенки бактерий определяет так же степень устойчивости к воздействию ряда факторов, в частности, к антибиотикам, к кислотам и др. свойства.

10