Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Микробиология. Ч.3. Мир прокариот. Учебное пособие
.pdf
4.3. бактериалЬные инфекции человека и патогенные бактерии
сознания, бред, неконтролируемые двигательные реакции,
а в тяжёлых случаях и геморрагические проявления. Сыпной
тиф заканчивается, как правило, выздоровлением и приобретением стойкого иммунитета. Однако возбудитель ещё долгие
годы может находиться в организме. В настоящее время заболевание носит спорадический характер, при адекватном лечении летальность не более 1 %.
Раневые (контактные) инфекции
Столбняк — сапронозное острое инфекционное заболевание, характеризующееся сильной интоксикацией, приводящей к поражению нервной системы и тоническому сокращению мышц. Возбудитель один из видов обширного рода
Clostridium — Cl. tetani, Гр+ подвижная палочка, с дисталь-
ным расположением спор, облигатный анаэроб. Cl. tetani
относится к условно-патогенным микроорганизмам, обитает
в кишечнике человека и теплокровных животных, споры длительное время сохраняются в почве и водоемах. Путь заражения — контактный, возбудитель попадает через раны (повреждения кожи). Столбняк сопровождается очень высокой летальностью, даже при адекватном лечении достигающей 25 %.
Особенно страшен столбняк новорожденных, на который приходится большая часть случаев заболевания. Cl. tetani выделяет сильный токсин — тетаноспазмин, приводящий к сокращению мышц, и тетанолизин, разрушающий эритроциты.
Экзотоксин попадает в нервную систему и вызывает нисходящий столбняк: сначала сокращаются мышцы головы, затем
туловища и конечностей. В тяжелых случаях тело неестественно выгибается, и смерть наступает от паралича дыхательной
мускулатуры. К возбудителю нет ни врождённого, ни приобретённого иммунитета, спасает только противостолбнячная
сыворотка, которую необходимо ввести как можно быстрее
после серьёзного поранения. В России случаи заболевания
столбняком редки, не более 30 в год. Низкое распространение заболевания обусловлено профилактическими мероприятиями — обязательной вакцинацией АКДС (ассоциированная
вакцина коклюш, дифтерия, столбняк).
Анаэробные инфекции. К этой группе инфекций относят
газовую гангрену, газово-отечные и гнилостно-гнойные поражения. В мирное время развиваются редко, особое значение
91
92
4. прокариоты и здоровЬе человека
имели при ведении военных действий, когда в результате
развивающихся осложнений уносили жизни 1–2 % раненых.
В отличие от других инфекционных заболеваний анаэробные
инфекции вызываются целой группы микроорганизмов, в которую входят как факультативно аэробные, так и анаэробные
бактерии. В первую очередь это несколько видов клостридиев,
с которыми могут ассоциироваться стафилококки, стрептококки, синегнойная и кишечная палочки, протей и др. Многие
из них существуют в пищеварительном тракте, не нанося
вреда здоровью. Для возникновения анаэробной инфекции
необходимо стечение нескольких обстоятельств: ослабление
иммунитета, глубина истепень повреждения тканей при поранении, нарушение кровообращения в ране, обсеменение раны
большим количеством возбудителей и др. Наиболее патогенным считается Clostridium perfringens — факультативно анаэробная, крупная, полиморфная палочка, довольно редко образующая споры. Бактерия вырабатывает сложный по химическому составу экзотоксин ицелый ряд ферментов (лецитиназу,
гиалуронидазу, фибринолизин, нуклеазу, протеазу). Лецитиназа воздействует на лецитин — важный элемент клеточной
мембраны, что становится первичной причиной деструкции
тканей, ДНКаза нарушает работу генетического аппарата фагоцитов и т. д. C. perfringens вызывает эмфизематозную фор-
му газовой гангрены, сопровождающуюся некрозом тканей,
разрушение форменных элементов крови и газообразованием. Второй по значимости вид Cl. novyi (Cl. oedemanties) —
облигатно анаэробные, крупные, слегка изогнутые подвижные
палочки, образующие термостойкие споры, длительно сохраняющиеся в почве. Вместе с Cl. perfringens вызывает токсическую форму инфекции, проявляющуюся побледнением кожи
и отёками. Cl. septicum как сапрофит живёт в кишечнике человека и животных, но попав в рану, образует кровянистосерозный отёк, часто сопровождающийся сепсисом. Еще один
возбудитель Cl. histolyticum — подвижные палочки с закруглёнными концами, не имеют капсул, но образуют терминальные споры в виде «игольного ушка». Обитает в почве, стоячих водоёмах, обнаруживается в кишечнике.
4.3. бактериалЬные инфекции человека и патогенные бактерии
Бактериальные инфекции, передающиеся половым путем
(венерические инфекции)
Венерические заболевания относятся к социально-значимым заболеваниям, заражение часто зависят от образа жизни, полового воспитания и культуры полового поведения.
Некоторые известны довольно давно и имели ранее широкое
распространение (гонорея, сифилис), другие стали диагностироваться только в XX веке. К «новым» инфекциям относится, например, хламидиоз, в настоящее время ставший одним
из самых распространенных заболеваний в мире, ежегодный
прирост заболевших доходит до 100 млн человек.
Гонорея — острое антропонозное инфекционное заболевание, характеризующееся поражением слизистых оболочек мочеполовой системы. Может переходить в хроническую форму.
Возбудитель Neisseria gonorrhoeae — диплококк из соединенных вогнутыми сторонами клеток бобовидной формы, неподвижный, не образует спор, аэроб, имеет слизистую капсулу.
Заражается и болеет только человек. Инфекция передаётся
преимущественно половым путём, проникает через слизистую
мочеполовой системы в соединительную ткань, и оттуда разносится лимфой в суставы и другие органы, могут поражаться мочевой пузырь и почки. Гонококки способны внедряться
и размножаться в лейкоцитах. К заболеванию нет врождённого иммунитета, а приобретённый иммунитет слабый и возможно повторное заражение.
Сифилис — хроническое системное инфекционное заболевание, характеризующееся поражением кожи, внутренних
органов, костей, нервной системы. Возбудитель Treponema
pallidum, тонкая извитая бактерия, известная как «бледная
спирохета» из-за способности плохо окрашиваться анилиновыми красителями. T. pallidum проникает сквозь слизистые
оболочки или через микроповреждения кожи, на месте проникновения образуется язвочка (шанкр). Эта стадия сопровождается головными болями, недомоганием, увеличением лимфатических узлов. Через 2–3 недели к моменту заживления
шанкра, возбудитель распространяется по организму, попадая
в кровь. На 6–7 неделе от момента инфицирования начинается второй этап болезни, сопровождающийся появлением
сыпи, при отсутствии лечения через 2–3 года в разных органах образуются гранулярные разрастания. Через 10–20 лет
93
94
4. прокариоты и здоровЬе человека
наступает четвёртый этап болезни, когда поражается мозг
и сердечно-сосудистая система, развиваются «прогрессивный
паралич» и «спинная сухотка». Врождённый иммунитет отсутствует, приобретённый действует только настадии шанкра,
при попадании возбудителя в лимфатические узлы болезнь
сразу начинается со второго этапа. Заражение может проходить не только половым путём, но и через предметы обихода
(бытовой сифилис). Кроме того, возбудитель может преодолевать плацентарный барьер и поражать плод в утробе матери,
вызывая врождённый сифилис.
Урогенитальный хламидиоз — инфекционное заболевание, характеризующееся поражением мочеполовой системы,
часто протекающее бессимптомно, но способное вызвать ряд
серьезных осложнений, например, развитие артрита, простатита, эндометрита, а при вертикальной передаче и хламидийную пневмонию новорожденных.
Микроорганизмы, объединённые в порядок Chlamydiales,
относятся к облигатным внутриклеточным паразитам, не растущим на питательных средах. Хламидии — очень мелкие, неподвижные, сфероидальные формы, со своеобразным циклом
развития, включающим внеклеточную стадию элементарных
телец и внутриклеточную размножающуюся стадию ретикулярных телец. Хламидии не могут сами синтезировать АТФ,
но имеют специальный механизм для перемещения АТФ
в свои клетки и АДФ в клетки хозяина для фосфорилирования, таким образом, они выступают «энергетическими паразитами». Помимо венерических, хламидии вызывают ряд заболеваний, из которых наиболее распространёнными являются атипическая пневмония попугаев (пситтакоз) и трахома.
Пситтакоз (орнитоз) вызывается Chlamydophila psittaci. Заражение человека происходит путём вдыхания инфицированной
пыли или пуха больных птиц. Возбудитель проникает сквозь
слизистые дыхательных путей. Течение болезни у человека
напоминает бронхит или воспаление лёгких и заканчивается
выздоровлением. Для птиц эта болезнь более опасна и часто приводит к летальному исходу. Трахома — хроническое
воспаление глаз, возбудителем которого является Chlamydia
trachomatis, обитающая в эпителиальных клетках конъюнктивы. Заражение происходит контактным путём и через предметы обихода.
4.4. проблема антибиотикорезистентности
Кроме перечисленных, бактерии вызывают и другие
заболевания, например, бактериальную дизентерию (Shigella
dysenteriae), туляремию (Francisella tularensis), бруцеллёз
(Brucella melitensis) и др.
4.4. Проблема антибиотикорезистентности
Основной способ лечения бактериальных заболевания —
антибиотикотерапия. Вместе с тем использование антибиотиков связано с рядом негативных последствий. Под воздействием антибиотиков у микроорганизмов появляются атипичные
свойства, что в дальнейшем создает трудности при диагностике заболеваний; возникает ряд осложнений и побочных
действий антибиотиков на макроорганизм (дизбиозы, токсические реакции, снижение иммунного статуса, развитие
грибковых заболеваний и т. д.); появление и распространение
антибиотико-резистентных форм бактерий. Последнее обстоятельство имеет большое социально-экономическое значение
и несет серьёзную угрозу жизни многих людей.
Широкое использование антибиотиков в больницах началось после Второй мировой войны в 1945 году. В 1955 году
в больницах Нью-Йорка выявлен первый в США полирезистентный штамм Staphylococcus aureus (80/81), устойчивый
к шести различным антибиотикам. В 1959 году в Японии
выявлена устойчивая ко многим антибиотикам форма возбудителя дизентерии. 1964 году в Европе прошли вспышки инфекций, вызванные St. aureus, устойчивого к тетрациклину
и т. д.
60–70 годы ХХ века — время активного создания новых антибиотиков. Разработаны совершенно новые антибиотики широкого спектра действия: кландамицин, фторхинолон,
цефалоспорин. Их бесконтрольное применение привело к отбору наустойчивость микроорганизмов естественной микрофлоры
человека (не только патогенных). Новая волна нозокоминальных (больничных) инфекций прошла в 80–90 годы. Инфекции
стали вызывать микроорганизмы естественной микрофлоры
человека, в первую очередь энтерококки (Enterococcus faecalis,
E. faecium), которые ранее не вызывали инфекций, даже
95
96
4. прокариоты и здоровЬе человека
при попадании в открытые раны. Приобретение патогенности
связано с получением генов токсинов, в первую очередь гемолизинов и адгезинов. Особенностью этих кишечных бактерий
является сохранение жизнеспособность в течение недель наповерхности тканей и предметов. Внутрибольничные инфекции
стали серьёзной проблемой, в США смертность от нозокоминальных инфекций оценивается 99 000, в Европе — 25 000,
вРоссии— 30 000 в год, большинство ассоциировано сантибиотико-резистентными штаммами.
В1960 году в больницах был принят киспользованию для
инъекций первый синтетический антибиотик — метициллин,
менее чем через год появились штаммы Staphylococcus aureus,
устойчивые к метициллину (MRSA). Первые случаи внебольничной инфекции MRSA зафиксированы в конце 1980-х
годов. С тех пор число случаев заражения внебольничным
MRSA неуклонно росло. К концу ХХ века, заболеваемость
возросла с 10 до 250 случаев на 100 000 человек. MRSA является причиной смертельных стафилококковых деструктивных пневмоний, часто развивающихся как осложнение при
заболевании гриппа. В 2002 году зафиксирован устойчивый
к ванкомицину золотистый стафилококк (VRSA).
Число устойчивых бактерий в организме человека резко
возрастает после приема антибиотиков. После курса тетрациклина более 80 % микрофлоры кишечника становится к нему
резистентной, но через два месяца их доля снижается до 10 %.
В настоящее время антибиотико-резистентные бактерии могут
составлять до 50 % и более кишечной микрофлоры, причем
даже у людей, которые не принимала антибиотики в течение
полугода.
Все возрастающее число выделяемых устойчивых микроорганизмов повело к активному поиску причин возникновения устойчивости еще в 60-е годы. Выяснено, что передача
признаков устойчивости происходит за счет горизонтального
переноса генов, многие гены резистентности расположены
в R-факторе. Оперон mar (множественной устойчивости к антибиотикам) включает более 60 генов, в том числе и гены
откачивающего насоса. В 2001 году открыли группу генов
устойчивости к антибиотикам, расположенную посредине
«острова патогенности», то есть передача патогенных свойств
и устойчивости к антибиотикам может происходить одновре-
4.4. проблема антибиотикорезистентности
менно. Для совокупности генов, определяющих возникновение и распространение устойчивости к антибиотикам стали
использовать термин «резистом».
Устойчивость к антибиотикам не вновь возникшее свойство, гены резистома довольно широко распространены в природе, а сами механизмы устойчивости универсальны, что
значительно повышает адаптивные возможности бактерий.
Например, среди группы почвенных бактерий стрептомицетов, ко всем 8 известным классам антибиотиков, в том числе
и к синтетическим новым препаратам, представляющим
собой вещества, не встречающиеся в природе, выявлены резистентные микроорганизмы. По современным представлениям,
устойчивость микроорганизмов к антибиотикам возникла миллионы лет назад одновременно с развитием биосинтетических
путей образования антибиотиков в природе как агентов конкурентной борьбы. Например, пути синтеза стрептомицина сформировались около 600 млн лет назад. β-лактолаза, фермент,
вызывающий разрушение антибиотиков группы пенициллина,
появился предположительно около 2 млрд лет назад. Широкое и бесконтрольное использование антибиотиков человеком,
не только в медицине, но и в сельском хозяйстве и других
отраслях, привело к активированию резистома или направило
действие его генов на другую мишень.
97
5. ПРИМЕНЕНИЕ
МИКРООРГАНИЗМОВ
Прокариоты и продукты их метаболизма широко используются во всех сферах человеческой деятельности. Прокариоты стали простым и удобным объектом в молекулярных,
генетических, биохимических и других направлениях научных исследований, на них основаны многие методы генной
инженерии. Они находят применение в сельском хозяйстве,
ветеринарии и медицине, в фармацевтической, химической,
пищевой, текстильной и металлургической промышленностях.
Микробиологические процессы используются в производстве разнообразных групп веществ: антибиотиков, витаминов,
гормонов, стероидов, органических спиртов и кислот, аминокислот, биополимеров, биогаза и др., на основе их структур
получают вакцины и сыворотки. Необходимо отметить, что
из огромного числа прокариот в промышленности используется ограниченное число оптимизированных, в том числе и рекомбинантных, штаммов. Природные штаммы находят применение в основном в пищевой промышленности. Уникальное
ферментативное разнообразие и активность микроорганизмов
позволят успешно применять их в процессах очистки сред
от различных видов загрязнений и для утилизации разнообразных отходов. Рассмотрим некоторые примеры многогранного использования прокариот.
5.1. исполЬзование бактерий в селЬском хозЯйстве
5.1. Использование бактерий в сельском
хозяйстве
Препараты наоснове бактериальных культур
Значение прокариот в формировании почвы и обеспечении её плодородия огромно, и одним из способов улучшения
структуры почвы и питания растений служит использование
бактериальных удобрений. Для увеличения концентрации азотофиксаторов в почве используются два бактериологических
препарата — «нитрагин» и «азотобактерин». Впервые препарат на основе азотофиксирующих клубеньковых бактерий был
разработан в Германии ещё в 1896 году немецкими микробиологами Ф. Ноббе и Л. Гильтнером. Впоследствии культуру ризобиума стали применять во всём мире. В России этот
препарат известен под названием «нитрагин». «Нитрагин»
наиболее эффективен на вновь возделываемых площадях, где
раньше не росли бобовые растения и особенно на закисленных почвах. Для конкретных видов бобовых используются
комплементарные виды клубеньковых бактерий. «Азотобактерин» содержит живую культуру Azotobacter chroococcum.
Этот микроорганизм не только пополняет почву соединениями
азота, но и вырабатывает полезные для растений витамины
и ростовые вещества, а также анисомицин, обладающий фитопатогенными свойствами. «Азотобактерин» наиболее эффективен при повышенном содержании в почве органики, поэтому
его предпочтительнее использовать с навозом или перегнем
при выращивании овощей. Для улучшения фосфатного питания растений применяют препарат «фосфобактерин» на основе культуры Bacillus megaterium. Эта бактерия разрушает
фосфорорганические соединения, и переводить их в доступную для растений форму, а также вырабатывает биологически
активные вещества, влияющие на рост корневой системы растений. Для комплексного улучшения почв, разработан препарат «АМБ» (автохтонная микрофлора группы Б), содержащий
смешанную культуру бактерий: аммонификаторов, нитрификаторов, азотофиксаторов, разрушителей целлюлозы и др.,
находящихся в стабилизированном состоянии. В настоящее
99
100
5. применение микроорганизмов
время используются разнообразные бактериальные удобрения,
которые позволяет увеличивать урожай до 40 %.
С давних пор лучшим органическим удобрением считается навоз крупного рогатого скота и лошадей. Для правильного приготовления удобрения, в котором элементы минерального питания переходят из связанного состояния в доступную
растениям форму, необходимо чтобы навоз перепрел, то есть
разложился под действием бактерий. Сначала массу раскладывают рыхло для доступа воздуха к аэробным бактериям, при
этом интенсивно разлагается целлюлоза, выделяется тепло
и навоз разогревается. По достижении температуры в 70°С
аэробные процессы необходимо прекратить, чтобы избежать
потери азота, для этого массу уплотняют, и начинается медленное анаэробное разложение. В уплотнённом состоянии навоз может долго храниться с минимальной потерей плодородных свойств. С течением времени навоз превращается в гумус.
Бактериальные препараты также используют для защиты растений, в первую очередь для регулирования численности популяций насекомых-вредителей сельскохозяйственных
культур и подавления роста фитопатогенных грибов и бактерий. Известно около 300 видов бактерий, вызывающих заболевания насекомых: Bacillus popilliae и Bacillus lentimorbus
поражают личинки пластинчатоусых жуков, вызывая у них
«молочную болезнь», Coccobacillus acridiorum негативно воздействует на саранчу. Наибольшей известностью пользуется
Bacillus thuringiensis. Бактерия выделяет экзотоксин белковой
природы, приводящий к параличу пищеварительной системы
насекомых и вызывающий их гибель. Для токсина характерно избирательное действие, направленное на гусениц представителей чешуекрылых (совок, шелкопрядов, белянок, плодовой моли и др.), колорадских жуков и др., при этом токсин
безопасен для других насекомых и позвоночных животных.
На основе спор и токсина различных штаммов B. thuringiensis
производят инсектицидные препараты, например, «лепидоцид»
и «битоксибациллин».
При производстве фунгицидных препаратов широко используются виды рода Pseudomonas, например, на основе
штаммов Ps. fluorescens производят препарат «планриз» («ри-
зоплан»), на основе штаммов Ps. aureofaciens — препараты
«псевдобактерин 2», «АГАТ-25». Эти препараты обладают
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]