Основы общей микробиологии и иммунологии. Учебное пособие

Ферменты бактерий. Ферменты участвуют в про-

цессах метаболизма бактерий, являются катализаторами реакций и не входят в состав конечных продуктов. Постоянно образующиеся вне зависимости от условий среды ферменты называются конститутивными. Индуцибельные ферменты зависят от субстрата, который стимулирует их образование. Экзоферменты выделяются наружу, а эндо - катализируют реакции, протекающие в клетке. Ряд ферментов выполняет у бактерий защитную функцию, в частности от антибиотиков. Патогенные микроорганизмы вырабатывают также ферменты агрессии, способствующие проникновению в макрорганизм, и воздействуют на отдельные компоненты в клетках.

Ферментативные свойства микроорганизмов изуча-

ют с целью идентификации и дифференциации видов микро-

организмов. Определяют сахаролитические и протеолити-

ческие свойства микроорганизмов. Наиболее часто для выявления способности расщеплять сахара используют “пестрый ряд Гисса“. Он представляет собой набор пробирок с питательной средой, в состав которой входит мясо-пептонный бульон, либо полужидкий мясо-пептонный агар, индикатор и углевод (сахар). Среды имеют нейтральные значения рН. В каждую пробирку ряда засевают исследуемую чистую культуру микроорганизма и помещают в термостат при температуре 37˚С на 24 часа. Сахар под действием фермента может разлагаться с выделением кислоты или кислоты и газа. При образовании кислоты изменяется цвет среды, а газа - появляются пузырьки или деформация агара. Для улавливания газа в пробирки с жидкими средами помещают перевернутую кверху дном маленькую пробирочку, называемую “поплавком”. Образующийся газ вытесняет жидкую среду из “поплавка “, заполняя его. Отсутствие изменений в пробирке свидетельствует об отсутствии сахаролитического фермента. Кроме сахаролитических определяют протеолитические свойства (способность разлагать белки). В мясо-пептонный

21

бульон засевают исследуемый микроорганизм. Под пробку пробирки помещают индикаторные бумажки. В результате разложения белка выделяются газы – индол, сероводород, аммиак. Индикатором на сероводород служит уксуснокислый свинец, который при соединении с сероводородом дает черное окрашивание. Образование индола обнаруживается при изменении цвета индикатора (щавелевой кислоты) на красный. Аммиак меняет цвет лакмусовой бумажки. Для ускоренной идентификации чистых культур применяют наборы коммерческих тест-систем, представляющие собой наборы микропробирок или микроконтейнеров с определенными субстратами, дисками или полосками бумаги, пропитанными различными ингредиентами, наборы индикаторных карандашей и др. Использование таких систем значительно сокращает время анализа. Микроорганизмы служат источниками получения ферментов, необходимых для ряда отраслей промышленности и медицины.

Дыхание бактерий. Микроорганизмы получают необходимую для жизнедеятельности энергию в виде АТФ в процессе биологического окисления – дыхания. По типу дыхания микроорганизмы подразделяются на аэробные, анаэробные и факультативно – анаэробные .

Аэробные (облигатные аэробы, от air –воздух) микроорганизмы нуждаются в присутствии свободного молекулярного кислорода воздуха, который является акцептором электронов.

Анаэробные (облигатные анаэробы) также нуждаются в кислороде , но используют не свободный, содержащийся в воздухе кислород , а связанный в химических соединениях. Акцепторами электронов служат нитраты, нитриты, сульфаты и др., а также органические вещества, образующиеся в результате брожения.

Факультативные анаэробы способны получать энергию как аэробным, так и анаэробным путем в зависимости от источника кислорода.

22

Микроаэрофилы нуждаются в минимальных количествах молекулярного кислорода.

Рост и размножение бактерий. Рост бактерий -

это увеличение размеров клетки.

Размножение – увеличение количества особей. Бактерии размножаются простым поперечным делением, образуя через каждые 20-30 минут две дочерние клетки.

Время генерации – период, в течение которого количество бактерий удваивается.

Размножение бактерий в стационарных условиях (в постоянном объеме среды) имеет определенные закономерности. Выделяют следующие фазы развития популяции:

-лаг–фаза - период адаптации бактерий к новой питательной среде. Число бактерий в этой фазе не увеличивается;

-лог–фаза (логарифмическая, экспоненциальная) характеризуется максимальной скоростью размножения клеток и увеличением их количества;

-стационарная фаза – концентрация клеток в среде остается постоянной в течение некоторого времени. Это объясняется тем, что количество вновь появляющихся клеток почти равно количеству отмирающих;

-фаза отмирания обусловлена постепенной гибелью клеток при истощении питательных веществ в среде и накоплением в ней токсичных продуктов метаболизма клеток.

На плотных питательных средах бактерии образуют колонии. Морфологию колоний изучают макроскопически, отмечая величину, поверхность, рельеф, цвет, форму, прозрачность колонии. Различают S- и R- формы колоний. Первые имеют правильную форму, гладкую поверхность, ровные края. R- формы отличаются неправильной формой, шероховатой, морщинистой или складчатой поверхностью и неровными краями. Появление разных типов колоний может зависеть от условий культивирования и ряда генетических факторов.

23

Ряд микроорганизмов образует пигменты различного цвета, которые окрашивают колонии. Некоторые микроорганизмы выделяют летучие ароматические вещества и при их культивировании ощущается определенный запах. В природе существуют микроорганизмы, способные светиться. Чаще всего они обитают в соленой воде и могут адсорбироваться на поверхности тела рыб, мелких ракообразных, на растениях и даже на продуктах.

ВЛИЯНИЕ ФАКТОРОВ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ НА МИКРООРГАНИЗМЫ

На жизнедеятельность микроорганизмов оказывают влияние физические, химические и биологические факторы. По отношению к температуре ( даны средние показатели) выделяют :

–психрофильные (холодолюбивые).Хорошо размножаются при пониженной температуре (от +10˚С до +15˚С). Способны выдерживать и более низкие температуры.

–мезофильные. Оптимальная температура роста от + 30˚С до 37˚С.

–термофильные (теплолюбивые) Оптимум температур лежит в пределах от 50˚С до 70˚С. В природе существуют также экстремальные термофилы, обитающие в горячих источниках с температурой более 90˚С.

Микроорганизмы обладают различной устойчивостью

квысушиванию. Некоторые погибают через несколько минут или часов. Реже встречаются виды, способные перенести высушивание в течение 1 -3 месяцев. Споры сохраняют жизнеспособность месяцами и многими годами.

Действие света. Прямые солнечные лучи оказывают губительное действие на большинство микроорганизмов.

Действие радиации, ультразвука, давления.Ионизируящая

24

радиация повреждает геном клетки и эффект зависит от ее вида и дозы.

Ультрафиолетовые лучи используют в борьбе с микроорганизмами. С их помощью стерилизуют воздух в помещениях лечебных учреждений - перевязочных, операционных и др.

Ультразвук обладает бактерицидным действием, повреждая при определенных частотах колебания цитоплазматические структуры и вызывая гибель клеток.

Давление. Повышение или понижение осмотического давления может вызвать гибель микроорганизмов в результате осмотического шока.

Действие химических веществ. Химические веще-

ства в зависимости от концентрации, время воздействия, температуры и др. оказывают различное влияние на микроорганизмы. Они действуют на определенные клеточные структуры. Жирные кислоты, мыла нарушают функции цитоплазматической мембраны. Фенол, крезол и их производные повреждают клеточную стенку и белки. Ряд красителей (генцианвиолет, бриллиантовый зеленый, трипафлавин, риванол) могут задерживать рост бактерий. Соли тяжелых металлов: свинца, меди, серебра, ртути вызывают коагуляцию белка. Вещества типа хлора и его производных ингибируют ферментные системы бактерий. В медицинской практике в качестве противомикробных средств применяют йод, перманганат калия, перекись водорода, формалин, спирт и др.

Биологические факторы, к которым относятся антибиотики, бактериоцины, ферменты, токсины, бактериофаги, способны прекратить рост и размножение микроорганизмов, и даже вызвать их гибель.

Взаимоотношения микроорганизмов в ассоциациях могут носить мирный характер или враждебный. В первом случае такие отношения носят название “симбиоз “ и проявляются в следующих формах:

25

мутуализм – форма, при которой партнеры извлекают взаимную пользу.

метабиоз – когда один вид микроорганизмов создает условия для жизнедеятельности другого. Аэробы, поглощая кислород, создают возможность для роста анаэробов.

синергизм – усиление физиологических функций существующих вместе видов в микробной ассоциации.

нейтрализм – организмы, обитающие вместе, не оказывают друг на друга никакого влияния.

саттелизм (спутничество) . Одни виды микроорга-

низмов живут рядом с другими, сопровождая их в биотопе, и улучшают свой рост.

комменсализм – форма, при которой один из партнеров извлекает пользу для себя, не причиняя вреда другим членам сообщества.

Среди микроорганизмов существуют и другие отношения – борьба за место обитания, источники питания, кислорода и т.п. Примерами таких форм взаимоотношений являются:

антагонизм – подавление одних видов микроорганизмов другими. Антагонистические взаимоотношения могут проявляться как:

антибиоз – выделение биологически активных веществ - антибиотиков, ингибирующих рост конкурентов или вызывающих их гибель,

паразитизм – форма сожительства, при которой один организм (паразит) живет за счет другого и наносит ему вред.

хищничество, когда некоторые виды микроорганизмов ведут себя как животные – хищники.

Совокупность воздействия физических, химических и биологических факторов и характер взаимоотношений между микроорганизмами формирует, регулирует и определяет видовой и количественный состав их сообществ (микробиоценозов).

26

Асептика, антисептика, стерилизация , дезинфекция.

Асептика (от лат. septicos – вызывающий нагноение) - предупреждение нагноения, представляет собой систему профилактических мер, направленных на предупреждение попадания микробов в организм больного при операциях, перевязках и различных инструментальных исследованиях. Она включает стерилизацию, специальную обработку рук медперсонала, соблюдение определенных правил работы при проведении медицинских манипуляций. Специальные инструкции регламентируют особый санитарногигиенический режим в лечебных учреждениях, лабораториях и аптеках.

Антисептика ( anti – против , septicos – нагноение ) -

направлена на уничтожение микроорганизмов, уже проникших в макроорганизм и представляющих для него угрозу. Используются механические, физические, химические и биологические методы .

Механическая антисептика предполагает удаление попавших в рану инородных тел (стекла, металлических стружек и др.). Раны промывают, вскрывают гнойные очаги, иссекают некротизированную ткань и др.

Физическая антисептика предусматривает применение сухого тепла, ультразвука, ультрафиолетового и лазерного излучений, токов высокой частоты и др.

Химическая антисептика связана с использованием химических веществ, обладающих противомикробным действием.

Биологическая антисептика включает использование бактериофагов, антитоксинов, препаратов крови, средств активной иммунизации, ферментов и др.

Стерилизация (обеспложивание) - полное освобождение объекта от микроорганизмов и их спор.

Стерилизуют питательные среды, перевязочный материал и инструменты, лабораторную посуду и оборудование, пищевые продукты и др. Для каждого конкретного объекта выбирают такой способ стерилизации, при котором погиба-

27

ют как вегетативные клетки микроорганизмов, так и споры, но не портится сам обрабатываемый материал. Существуют физические, химические и биологические методы стерилизации.

Физические методы:

-прокаливание в открытом огне (фламбирование) –

вызывает мгновенную гибель всех форм микроорганизмов. Метод применим только для обработки мелких металлических предметов с нережущими поверхностями. Например, пинцетов, бактериологических петель.

-кипячение проводят в металлических стерилизаторах в течение 30 - 45 мин. Для освобождения от спор время кипячения продливается. В настоящее время кипячение используют исключительно редко, так как медицинские учреждения почти полностью перешли на работу с одноразовыми шприцами.

-стерилизация сухим жаром проводится в сухожаро-

вом шкафу (печи Пастера) при температуре 160˚С -180˚С в течение 1,5 - 2 час. Таким методом стерилизуют обычно стеклянную посуду.

-стерилизация текучим паром осуществляется в ап-

парате Коха или в автоклаве с открытой крышкой, чтобы температура не была выше 100˚С. Такой способ приводит к гибели только вегетативных форм, поэтому для освобождения от спор проводят дробную стерилизацию. Материал сначала прогревают в аппарате Коха в течение 20 -40 мин и оставляют затем при комнатной температуре на 24 час для прорастания спор. На следующий день процедуру повторяют. Дробным методом в течение 3 дней стерилизуют питательные среды и лекарственные препараты, в состав которых входят вещества, разрушающиеся при нагревании выше 100˚С. Способом дробной обработки (тиндализацией) при температуре 56-58˚С стерилизуют сыворотки, кровь и ряд термолабильных веществ.

28

Пастеризация – однократный прогрев при температуре 50-60˚С в течение 35-40 мин или при 70-80˚С 10-15 мин. При этом погибают только вегетативные формы. Применяется для уничтожения некоторых патогенных бактерий в пищевых продуктах, не подлежащих длительному хранению (молоко, соки, молочные изделия и др.).

Стерилизация паром под давлением , при которой по-

гибают все формы микроорганизмов, проводится в автоклаве. Правильный выбор режима при этом позволяет использовать этот способ для обработки как питательных сред, так и инструментов, посуды, перевязочного материала и др. Давление 0,5 атм соответствует температуре 111˚С , 1атм - 121˚С, 2 атм -134˚С.

Фильтрование - механический метод стерилизации через асбестовые, целлюлозные, фарфоровые фильтры с мелкими порами, задерживающими бактерии. Вирусы проходят через такие фильтры. Способ применяют для удаления бактерий из термочувствительных сред.

К физическим методам относят также обработку ма-

териалов рентгеновскими , ультрафиолетовыми лучами и ультразвуком.

Химические методы используют наиболее часто для уничтожения патогенных микроорганизмов в объектах окружающей среды ( дезинфекция). Используют растворы формалина, хлорной воды, карболовой кислоты, хлорамина, хлороформ, иодоформ и др.

В фармакологической практике к препаратам, неустойчивым к температурным воздействиям, добавляют 0,3 % фенола. При изготовлении настоек и экстрактов из лекарственных трав применяют 50-70% спирт. Для обеззараживания иммунных сывороток и некоторых белоксодержащих жидкостей добавляют хлороформ и хинозол.

Биологические методы стерилизации основаны преимущественно на применении антибиотиков. Иногда ими пропитывают перевязочный материал, добавляют в пищевые

29

продукты (запрещено использование с этой целью антибиотиков, применяемых в медицинской практике), вводят в питательные среды для культивирования культуры клеток в вирусологии.

РОЛЬ МИКРООРГАНИЗМОВ В ПРИРОДЕ И ИХ РАСПРОСТРАНЕНИЕ

Микроорганизмы широко распространены в природе, где выполняют функции преобразования сложных органических веществ в минеральные формы, доступные растениям, и играют ведущую роль в круговоротах азота, углерода, серы, железа и других элементов.

Микрофлора почвы. Наибольший видовой и количественный состав микроорганизмов обнаруживается в почве, где ее основными обитателями являются сапрофиты. Почва неблагоприятна для жизни патогенных микроорганизмов. Тем не менее, многие из них попадают в почву из организма людей и животных со сточными ,промышленными водами и другими отходами. Большинство неспорообразующих микроорганизмов быстро погибает, но отдельные виды могут довольно долго сохранять жизнеспособность и, попадая затем в организм, вызывать заболевания. Санитарное состояние почв во многом определяет уровень заболеваемости людей рядом инфекций (особенно кишечных).

Микрофлора воды. Аналогично почве, вода – благоприятная среда для обитания сапрофитных микроорганизмов. Большинство патогенных микроорганизмов не размножается в воде, но способно выживать в течение различного времени. Некоторые виды, например, холерные вибрионы Эль-Тор способны не только выживать, но и размножаться в теплой воде прибрежной зоны. Водный путь передачи характерен для шигелл Флекснера, вызывающих бактериаль-

30