uchebnik

основы медицинской бактериологии,

вирусологии и иммунологии

Под редакцией действительного члена Российской Академии

естественных наук, профессора Саратовского государственного

медицинского университета Г.М. Шуба

2

Г.М. Шуб, И.Г. Швиденко, В.И. Корженевич, И.О. Лунева, О.В. Турковская

Учебник составлен в соответствии с программой по микробиологии, вирусологии и иммунологии для отделения медицинских сестер с высшим образованием медицинских вузов.

Он состоит из 4 частей: общая микробиология и иммунология, частная медицинская бактериология, частная медицинская вирусология и практикум по общей и частной микробиологии. Для контроля усвоения материала предлагаются тестовые вопросы с эталонами ответов по каждой главе.

Предназначен для студентов отделения медицинских сестер с высшим образованием медицинских вузов.

3

Предисловие авторов.

Подготовка медицинских сестер с высшим образованием - новое для Российского медицинского образования направление подготовки медицинских кадров. Потребность в подобного рода специалистах определяется современным уровнем и формами организации медицинской помощи населению.

Специфика контингента обучающихся и характер их будущей работы (сроки обучения сокращены, и программа существенно отличается от таковых для лечебного, педиатрического, стоматологического, фармацевтического и других факультетов) диктует необходимость создания учебно-методических пособий по отдельным предметам. Решению этой задачи по дисциплине “микробиология” и посвящен настоящий учебник. Он включает современные основополагающие данные по основам микробиологии, иммунологии, вирусологии, необходимые для практической работы медицинских сестер с высшим образованием.

Авторы с благодарностью примут замечания и пожелания по совершенствованию учебника.

Г.М.Шуб, И.Г.Швиденко, В.И.Корженевич, И.О.Лунева, О.В.Турковская

4

Часть первая

ОБЩАЯ МЕДИЦИНСКАЯ МИКРОБИОЛОГИЯ И ИММУНОЛОГИЯ

Глава 1. Классификация (систематика) микроорганизмов. Морфология и физиология бактерий.

Микробиология как наука существует уже более трехсот лет и берет свое начало от исследований голландского натуралиста - Антония ван Левенгука, который создал простейший микроскоп и впервые описал микроорганизмы.

Настоящее становление микробиологии как самостоятельной единой естественнонаучной дисциплины, имеющей свои объекты и оригинальные методы их исследования, началось исследованиями французского ученого Пастера и было усилено благодаря значительному вкладу таких ученых, как, Кох, Эрлих, Мечников, Ру и др. во второй половине XIX века. С тех пор и по настоящее время микробиология постоянно достаточно интенсивно развивается.

Зародившись как наука о возбудителях болезней, в настоящее время микробиология в зависимости от задач делится на:

-общую микробиологию

-промышленную микробиологию ;

-сельскохозяйственную микробиологию ;

-ветеринарную микробиологию ;

ина наиболее интересные для нас с Вами - санитарную микробиологию

имедицинскую микробиологию.

Предметом изучения медицинской микробиологии являются микроорганизмы - возбудители различных заболеваний, а также методы лабораторной диагностики, специфической профилактики и этиотропной терапии этих заболеваний.

Микроорганизмы - это организмы, невидимые невооруженным глазом из-за их незначительных размеров. Этот критерий - единственный, который их объединяет, в остальном мир микроорганизмов еще более разнообразен, чем мир макроорганизмов, что в свою очередь приводит к тому, что классификация микроорганизмов постоянно претерпевает те или иные изменения. Тем не менее, согласно современной систематике, все микроорганизмы делятся на три царства:

- царство Eucaryotae - истинно ядерные - к ним относятся простейшие, грибы, микроскопические водоросли;

5

-царство Procaryotae - доядерные организмы - к ним относятся истинные бактерии, риккетсии, хламидии, микоплазмы, сине-зеленые, пурпурные и зеленые водоросли;

-царство Vira - организмы, не имеющие клеточного строения, к ним относятся вирусы.

Систематика прокариотов.

Основные отличия прокариот от эукариот состоят в том, что прокариоты не имеют:

1)морфологически оформленного ядра - его эквивалентом является нуклеоид, представляющий собой замкнутую кольцевую двунитевую молекулу ДНК, прикрепленную в одной точке к цитоплазматической мембране; по аналогии с эукариотами эту молекулу называют хромосомой бактерий;

2)сетчатого аппарата Гольджи;

3)эндоплазматического ретикулюма (сети);

4)митохондрий;

5)митотического цикла деления, а размножение прокариотов идет путем бинарного деления. При этом прокариоты существуют в гаплоидном состоянии, поскольку молекула ДНК представлена в клетке в единственном числе.

Имеется также ряд признаков характерных для многих, но не для всех прокариот, также отличающих их от эукариотических особей:

1) многочисленные инвагинации ЦПМ, которые называются мезосомы; они связаны с нуклеоидом и участвуют в делении клетки, спорообразовании, и дыхании микробной клетки;

2)специфический компонент клеточной стенки - муреин; по химической структуре это пептидогликан (диаминопиеминовая кислота);

3)плазмиды - автономнореплицирующиеся кольцевые молекулы двунитевой ДНК с меньшей молекулярной массой, чем хромосома бактерий. Они находятся наряду с нуклеоидом в цитоплазме и несут наследственную информацию, не являющуюся жизненно необходимой для микробной клетки, но обеспечивающей ей те или иные селективные преимущества в окружающей среде. Наиболее широко известны плазмиды лекарственной устойчивости, которые обеспечивают циркуляцию среди микроорганизмов генов, детерминирующих устойчивость к используемым для лечения различных заболеваний химиотерапевтическим средствам.

Также как для растений и животных, для названия микроорганизмов применяется бинарная номенклатура - т.е. родовое и видовое название. Обычно название рода основано на морфологическом признаке соответствующего микроорганизма (например, Staphylococcus, Vibrio, Corynebacterium) либо являются производным от фамилии автора, который открыл или изучил данный возбудитель (например, Neisseria, Shigella, Escherichia, Rickettsia). Видовое название часто связано с наименованием

6

заболевания (например, Vibrio cholerae - холеры, Shigella dysenteriae - дизентерии, Mycobacterium tuberculosis - туберкулеза, Clostridium botulinum - ботулизма) или с источником происхождения (например, E.coli - кишечная палочка). Впрочем таких примеров достаточно много. Кроме того, в русскоязычной медицинской литературе возможно использование соответствующего русифицированного названия (Например, вместо Staphylococcus epidermidis - эпидермальный стафилококк; Staphylococcus aureus - золотистый стафилококк и т.д.).

Царство прокариотов включает в себя отдел цианобактерий и отдел эубактерий, который в свою очередь подразделяется на порядки:

-собственно бактерий;

-актиномицетов;

-спирохет;

-риккетсий;

-хламидий.

Отдельно выделяют класс Mollicutes, включающий порядок Mycoplasmatales (микоплазм) - микроорганизмов, лишенных клеточной стенки.

Порядки подразделяются на различные семейства, семейства - на рода, рода - на виды, которые являются основной таксономической категорией.

Вид является эволюционно сложившейся совокупностью особей, имеющих единый генотип, который в стандартных условиях проявляется сходными морфологическими, физиологическими, биохимическими и другими признаками. Для патогенных бактерий определение “вид” добавляется способностью вызывать сходные патологические процессы.

Вмикробиологии широко используются и такие понятия как “культура”, “штамм”, “клон”.

Культура - это совокупность бактерий. Культуры могут быть чистыми (совокупность бактерий одного вида) и смешанными (совокупность бактерий двух или более видов).

Штамм - это совокупность бактерий одного вида, выделенных из разных источников или из одного источника в разное время. Штаммы могут различаться по некоторым признакам, не выходящим за пределы характеристики вида.

Клон - это совокупность бактерий, являющихся потомством одной клетки.

Вмикробиологии вид не всегда является конечной таксономической единицей. Существует внутривидовая дифференцировка бактерий - по биологическим характеристикам - биовары или биотипы; по биохимической активности - ферментовары; по антигенному строению - серовары или серотипы; по чувствительности к бактериофагам - фаговары или фаготипы, и т.д..

7

Тем не менее определение видовой принадлежности (идентификация до вида) является важнейшей задачей микробиологического исследования.

Учитывается частота встречаемости признака: “+” - соответствует встречаемости признака более, чем у 95% бактерий данного вида, “--” - соответственно, менее чем у 5%, “+/-” - более, чем у 50%, но менее 95%, “-/+” - менее, чем у 50%, но более, чем у 5%. По максимальному совпадению свойств изучаемых бактерий с признаками типовых культур того или иного вида, описанными в специальных руководствах - определителях бактерий (например, в последнем 9-ом издании Bergey's manual of Systematic Bacteriology, 1989г.) устанавливается их видовая принадлежность.

Основными таксономическими критериями, позволяющими отнести штамм бактерий к тому или иному семейству, являются морфология клеток (кокки, палочки, спириллы), отношение к окраске по Граму (грамположительные и грамотрицательные), тип биологического окисления (аэробы, факультативные анаэробы, облигатные анаэробы) и способность к спорообразованию.

Среди основных морфологических форм различают: 1)шаровидные, которые по характеру расположения делятся на :

-микрококки (отдельное изолированное расположение)

-диплококки (сцепленные попарно)

-тетракокки (сцепленные по четыре)

-стрептококки (сцепленные в цепочку)

-сарцины (сцепленные в пакеты по 8,12,16 и т.д.)

- стафилококки (сцепленные беспорядочно в виде виноградной грозди);

2)палочковидные, которые по характеру взаиморасположения делятся на: - бактерии и бациллы (располагаются по одиночке)

-диплобактерии и диплобациллы (сцепленные попарно)

-стрептобациллы (сцепленные в цепочку)

3)извитые формы расположены всегда изолированно, а по характеру и количеству завитков делятся на вибрионы - слегка изогнутые палочки или неполные завитки, спириллы, и спирохеты, которые в свою очередь делятся на лептоспиры, боррелии и трепонемы.

Следующий дифференцирующий микроорганизмы признак - отношение к окраске по Граму - определяется спецификой структуры клеточной стенки бактерий.

Функции клеточной стенки состоят в том, что она определяет форму бактериальной клетки, защищает клетку от воздействий окружающей среды, несет разнообразные рецепторы, способствующие прикреплению фагов, колицинов, а также различных химических соединений. Кроме того, через клеточную стенку в клетку поступают питательные вещества и выделяются продукты обмена.

8

Имеется 2 типа строения клеточной стенки у бактерий. Ее основу составляет пептидогликан. Он является главной составной частью так называемого “муреинового каркаса”. У одних бактерий муреиновый каркас многослойный (до 10 слоев) и составляет до 90% массы клеточной стенки. У других - муреиновый каркас представлен 2-3 слоями пептидогликана, поверх которого располагается слой липополисахаридов. Эти различия приводят к тому, что бактерии с различным типом строения клеточной стенки по разному удерживают красители, на чем базируется основная дифференцирующая окраска, используемая в микробиологии - окраска по методу Грама. Бактерии с 1-м типом клеточной стенки прочно удерживают комплекс генцианового фиолетового и йода и окрашиваются в фиолетовый цвет. Они называются грамположительные. Бактерии, клеточная стенка которых построена по 2-му типу, отдают этот комплекс при обесцвечивании спиртом и докрашиваются фуксином в розовый цвет. Они называются грамотрицательные.

Из любого микроорганизма могут получаться бактерии, полностью или частично лишенные клеточной стенки. Они называются, соответственно, протопласты и сферопласты, и независимо от исходного морфологического типа из-за отсутствия клеточной стенки принимают шарообразную форму. Они могут образовываться в организме больного под действием препаратов, нарушающих формирование клеточной стенки, но при этом бактерии сохраняют свою способность взаимодействовать с организмом больного.

Кроме того, существуют L-формы бактерий, которые в отличие от предыдущих микроорганизмов с дефектной клеточной стенкой способны к размножению, т.е. они являются вполне полноценными микроорганизмами данного вида бактерий, но L-формы бактерий морфологически также неразличимы. Они также представляют собой сферические образования разных размеров независимо от формы исходной клетки (кокки, палочки). Различают стабильные (нереверсирующие в исходный вид) и нестабильные (реверсирующие в исходный вид при устранении причины, вызвавшей их образование) L-формы. В процессе реверсии способность синтезировать пептидогликан клеточной стенки восстанавливается. L-формы различных бактерий играют существенную роль в патогенезе многих инфекционных заболеваний.

Тип биологического окисления также является одним из ключевых признаков, позволяющих дифференцировать различные микроорганизмы. По этому признаку можно выделить по крайней мере три группы бактерий. Первая - облигатные аэробы - способны получать энергию только путем дыхания и поэтому нуждаются в кислороде как акцепторе протонов и электронов в окислительно-восстановительных процессах. Таким образом, - дыхание - биологический процесс окисления различных органических веществ, при котором происходит перенос протонов и электронов от субстрата (донора) к кислороду (акцептору) и образование молекул АТФ. Органеллами дыхания у бактерий являются производные цитоплазматической

9

мембраны - мезосомы, содержащие специальные дыхательные ферменты типа цитохромоксидаз.

Вторая группа - облигатные анаэробы - бактерии, способные расти только в среде, лишенной кислорода; кислород для них токсичен. Для них характерна как тип окислительно-восстановительных процессов ферментация, при которой происходит перенос протонов и электронов от субстрата-донора к субстрату-акцептору.

Третья группа - факультативные анаэробы - бактерии, способные расти как в присутствии, так и в отсутствие кислорода. Среди них следует различать два типа: аэротолерантные - могут расти в присутствии атмосферного кислорода, но не способны его использовать - они получают энергию исключительно с помощью брожения - такими являются, например молочнокислые бактерии; другие факультативно-анаэробные бактерии (энтеробактерии, например) могут переключаться с дыхания (в присутствии кислорода) на брожение ( в отсутствие кислорода).

Кроме вышеперечисленных свойств, позволяющих дифференцировать микроорганизмы, существуют еще несколько таксономических критериев, имеющих существенное значение для идентификации.

В первую очередь - это спорообразование. Спорообразующие палочки в отличие от остальных бактерий называются бациллами.

Споры бактерий представляют собой морфологические структуры, образующиеся внутри клетки терминально, субтерминально или центрально при неблагоприятных условиях внешней среды. Происходит это следующим образом. Клетка почти полностью теряет воду, сморщивается, клеточная стенка уплотняется, появляется новое вещество - дипиколинат кальция, которое образует комплексы с биополимерами клетки, устойчивые к действию температуры и ультрафиолетовых лучей. В окружающей среде споры бактерий могут сохраняться годами, но при попадании в благоприятные условия спора впитывает влагу, комплексы распадаются, дипиколинат разрушается, и спора превращается в вегетативную клетку. Таким образом, спору можно рассматривать только как форму существования бактериальной клетки в неблагоприятных для сохранения наследственной информации условиях, а не как способ размножения, как у грибов, т.к. преобразования идут по схеме - 1 клетка - 1 спора - 1 клетка и увеличения количества бактериальных клеток не происходит. Спорообразование характерно для грамположительных бактерий. У грамотрицательных бактерий эквивалентом спорообразования является переход в некультивируемое состояние. В такой форме они длительно сохраняются в окружающей среде.

При использовании обычных методов окраски по Граму споры не воспринимают красители, и на окрашенном фоне они бесцветны. В связи с этим наличие спор у бактерий выявляется с помощью специальных методов окраски, например по Ожешко или Клейну.

10

Важным таксономическим критерием является способность бактерий к капсулообразованию. Капсула - это утолщенный наружный слой клеточной стенки. Капсулы могут быть построены из полисахаридов (пневмококк), или белков (возбудитель сибирской язвы). Большинство бактерий образует капсулу в организме человека или животных. Однако существует род капсульных бактерий (Klebsiella), представители которого образуют капсулу и на искусственных питательных средах.

Капсулы защищают бактерии от фагоцитоза.

При окраске мазков по Граму капсулы не видны, однако капсульные бактерии имеют характерное взаиморасположение. В связи с этим наличие капсул у бактерий выявляется с помощью специальных методов окраски, например по методу Гинса.

Подвижность бактерий, которая является также достаточно важным дифференцирующим признаком в мире микробов, обеспечивается наличием жгутиков. Без жгутиков способны двигаться скользящие бактерии (отдел цианобактерии) и спирохеты. Жгутики представляют собой спирально закрученные нити, состоящие из специфического белка флагелина, который по своей структуре относится к сократимым белкам типа миозина. Количество и расположение жгутиков у разных бактерий неодинаково. Монотрихи (род Vibrio) имеют на одном из полюсов клетки только один жгутик, лофотрихи - пучок жгутиков (род Pseudomonas), у амфитрихов жгутики расположены на обоих полюсах клетки (род Spirillum), а у перитрихов - по всей поверхности (род Esherichia, Salmonella, Proteus, Bacillus).

Изучать подвижность бактерий можно с помощью микроскопических методов (микроскопия препаратов "висячая" или "раздавленная" капля) или посевом уколом в полужидкий агар, или среду Пешкова.

Метаболизм бактерий представляет собой совокупность двух противоположных, но взаимосвязанных процессов - катаболизма и анаболизма.

Катаболизм (диссимиляция) - распад веществ в процессе ферментативных реакций и накопление выделяемой при этом энергии в молекулах АТФ.

Анаболизм (ассимиляция) - синтез веществ с затратой энергии. Изучают метаболизм бактерий с помощью биохимических и физико-

химических методов исследования в процессе культивирования бактерий в определенных условиях на питательных средах, содержащих определенные субстраты.

Особенности метаболизма у бактерий.

1) Процессы диссимиляции преобладают над процессами ассимиляции;