- •Вопросы и ответы
- •1. Характеристика бактериоскопического метода исследования.
- •2. Световые микроскопы. Принципы устройства простого, фазовоконтрастного, темнопольного, люминесцентного микроскопов и их применение в микробиологии. Техника иммерсионной микроскопии.
- •3. Типы микроскопических препаратов. Этапы приготовления фиксированного мазка. Простые методы окраски.
- •4. Дифференциально-диагностические методы окраски микробов. Окраска по Граму, механизм и техника окраски.
- •5. Морфология бактерий. Отличия прокариотов от эукариотов. Основные формы бактерий.
- •6. Структура и функции поверхностных образований бактериальной клетки. Капсула. Методы выявления.
- •7. Структура и функции клеточной стенки грамположительных и грамотрицательных бактерий. Формы бактерий с дефектами клеточной стенки.
- •8. Цитоппазматические структуры бактерий, функции, методы выявления. Кислотоустойчивые микробы. Метод окраски.
- •9. Покоящиеся формы микробов. Спорообразование у бактерий, стадии, методы выявления спор.
- •10. Подвижность бактерий, методы выявления подвижности.
- •11. Принципы систематики микробов. Систематическое положение микробов. Таксономические категории. Понятие и критерии вида.
- •12-16. Систематическое положение и морфология спирохет, актиномицетов, микоплазм, риккетсий, хламидий. Методы изучения.
- •17. Питание микробов. Источники углерода, азота, ростовых факторов и зольных элементов. Способы питания. Способы проникновения питательных веществ в клетку через мембрану.
- •18. Дыхательный аппарат бактерий. Пути биологического окисления. Классификация микробов по этому признаку
- •19 Способы размножения микробов. Механизм и фазы клеточного деления.
- •20. Характеристика бактериологического метода исследования
- •21. Питательные среды для аэробов и анаэробов. Требования, предъявляемые к питательным средам, классификация.
- •22. Методы выделения чистых культур аэробов.
- •23. Методы выделения чистых культур анаэробов.
- •24. Идентификация микроорганизмов морфологическая, культуральная серологическая, биологическая, генетическая.
- •26. Генетический аппарат бактерий (хромосомы, плазмиды) характеристика бактериальных транспозонов. Биологическая роль плазмид.
- •27. Виды изменчивости бактерий. Фенотипическая и генотипическая изменчивость. Понятие о популяционной изменчивости.
- •28. Мутационная изменчивость. Генетические рекомбинации. Практическое значение изменчивости микроорганизмов. Понятие о генной инженерии и биотехнилогии.
- •29. Молекулярная диагностика. Цель. Задачи. Методы.
- •30. Молекулярная гибридизация. Полимеразная цепная реакция.
- •31. Учение об инфекции. Условия возникновения инфекционного процесса. Отличительные признаки инфекционных заболеваний. Типы инфекций.
- •32. Роль микроорганизма в инфекционном процессе. Патогенность и вирулентность Факторы патогенности.
- •33. Роль макроорганизма, физической и социальной среды в инфекционном процессе.
- •34. Биологический метод исследования задачи, оценка этапы.
- •35. Химиотерапия и химиопрофилактика. Антибиотики определение классификация.
- •36. Механизм действия антибиотиков.
- •37. Побочное действие антибиотиков.
- •38. Устойчивость микроорганизмов к антибиотикам.
- •39 Методы изучения чувствительности микробов к антибиотикам.
- •40. Экология микроорганизмов. Типы экологических связей.
- •41. Характеристика нормальной микрофлоры человека и ей биологическая роль. Методы изучения. Гнотобиология. Дисбактериоз. Причины развития, принципы коррекции.
- •42 Стерилизация, дезинфекция. Определение понятий, методы проведения.
- •43. Асептика, антисептика. Определение понятий. Способы проведения.
26. Генетический аппарат бактерий (хромосомы, плазмиды) характеристика бактериальных транспозонов. Биологическая роль плазмид.
Материальной основой наследственности, определяющей генетические свойства всех организмов, в том числе бактерий и вирусов, является ДНК. Исключение составляют только РНК-содержащие вирусы, у которых генетическая информация закодирована в РНК. Однако в отличие от хромосомы эукариот гены прокариот организованы в более простую структуру, представляющую собой молекулу ДНК, часто замкнутую в кольцо. Молекулярная масса ДНК у бактерий сравнительно велика: у Е. coli она равна 2 • 109.
Наряду с описанной структурой, называемой бактериальной хромосомой, или нуклеоидом, генетический материал у бактерий содержится во внехромосомных генетических элементах — плазмидах, которые могут находиться в автономном состоянии в цитоплазме клетки.
Гены, ответственные за синтез того или иного соединения, принято обозначать строчными буквами латинского алфавита, соответствующими названию данного соединения со знаком «+». Например, his+ — гистидиновый ген, leu++ — лейциновый ген и т.д. Гены, контролирующие резистентность к лекарственным препаратам, фагам. ядам, обозначают буквой г (resistent — резистентный). Например, резистентность к стрептомицину записывается знаком strr, а чувствительность str. Фенотип бактерий обозначают теми же знаками, что и генотип, но с прописной буквы.
Генотип микроорганизмов представлен совокупностью генов, определяющих его потенциальную способность к фенотипическому выражению записанной в них информации в виде определенных признаков. Условия окружающей среды способствуют проявлению (экспрессии) генов или, наоборот, подавляют их функциональную активность, выраженную в образовании определенных ферментов. У бактерий, имеющих определенный набор генов, функцию каждого из них определяют не прямым, а косвенным путем на основании изменения или утраты соответствующего признака при утрате какого-либо участка ДНК. Таким образом, заключение о функции гена делают на основании результатов сравнительного изучения признака присущего исходному генотипу и штамму с мутировавшим геном. В генетических исследованиях мутировавшие гены служат маркерами, которые дают возможность судить об их передаче и функционировании. Сцепленность таких маркеров с другими генами устанавливается путем их передачи от донорных к реципиентным клеткам в опытах трансформации трансдукции и конъюгации. Это позволяет установить их локализацию на бактериальной хромосоме и составить генетическую карту.
ВНЕХРОМОСОМНЫЕ ФАКТОРЫ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ
Внехромосомные факторы наследственности входят в состав многих микроорганизмов, особенно бактерий. Они представлены плаз-мидами, транспозонами и Is-последовательностями (англ. insertion — вставка, sequence — последовательность), которые являются молекулами ДНК, отличающимися друг от друга молекулярной массой, объемом закодированной в них информации, способностью к автономной репликации и другими признаками.
Плазмиды, транспозоны и Is-последовательности не являются генетическими элементами, жизненно необходимыми для бактериаль-ной клетки, поскольку они не несут информации о синтезе фермен-тов, участвующих в пластическом или энергетическом метаболизме. вместе с тем они могут придавать бактериям определенные селективные преимущества, например резистентность к антибиотикам.
Плазмиды физически либо не связаны с хромосомой (автономное состояние), либо встроены в ее состав (интегрированное состояние). В автономном состоянии они самостоятельно реплицируются. Транс-позоны и Is-последовательности во всех случаях связаны с хромосомой и не способны к самостоятельной репликации.
Плазмиды
Плазмиды несут две функции — регуляторную и кодирующую. Первая состоит в компенсации нарушений метаболизма ДНК клетки хозяина. Например, при интегрировании плазмиды в состав поврежденного бактериального генома, не способного к репликации его функция восстанавливается за счет плазмидного реп-ликона.
Кодирующая функция плазмид состоит во внесении в бактериальную клетку новой информации, о которой судят по приобретенному признаку, например образованию пилей (F-плазмида), резистент-ности к антибиотикам (R-плазмида), выделению бактериоцинов (Col-плазмида) и т.д.
Переход плазмиды в автономное состояние и реализация записанной в ней информации часто связаны с индуцирующими воздействиями внешней среды. В некоторых случаях продукты плазмидных генов могут способствовать выживанию несущих их бактерий. Самостоятельная репликация плазмидной ДНК способствует ее сохранению и распространению в потомстве. Встраивание плазмид, так же как и профагов, происходит только в гомологичные участки бактериальной хромосомы, в то время как Is-последовательностей и транс-позонов — в любой ее участок.
Перенос генетического материала (ДНК) детерминируется tra-опероном F-плазмиды (от англ. transfer — перенос), обеспечивающим ее конъюгативность. F-плазмиду можно удалить (элиминировать) из клетки, обработав последнюю некоторыми веществами, например акридиновым оранжевым, в результате чего клетки теряют свойствэ донора. Сравнительно легкая элиминация и очень быстрая и эффец. тивная передача F-плазмиды реципиентным клеткам дали основание считать, что она располагается в цитоплазме бактерий вне хромосо. мы. Однако F-плазмида может встраиваться в бактериальную хромо. сому и находиться с ней в интегрированном состоянии.
R-плазмиды. Известно большое количество R-плазмид, определяющих устойчивость бактерий-хозяев к разнообразным лекарствен-ным препаратам. Передача R-плазмид от одних бактерий к другим привела к их широкому распространению среди патогенных и услов-но-патогенных бактерий, что чрезвычайно осложнило химиотерапии вызываемых ими заболеваний.
R-плазмиды имеют сложное молекулярное строение. В их состав входят: r-ген, который может содержать более мелкие мигрирующие элементы — Is-последовательности, транспозоны и /га-опероны.
Плазмиды биодеградации. Данные плазмиды несут информацию об утилизации некоторых органических соединений, которые бакте-РИи используют в качестве источников углевода и энергии. Они могут играть важную роль в экологии патогенных бактерий, обеспечи-
вая им селективные преимущества во время пребывания в объектах окружающей среды и в организме человека. Например, урологические штаммы кишечных палочек содержат плазмиду гидролизациц мочевины.
Плазмиды биодеградации несут информацию об утилизации ряда Сахаров (лактоза, сахароза, рафиноза и др.) и образовании протеолитических ферментов.
Транспозоны
Транспозоны представляют собой нуклеотидные последовательности, включающие от 2000 до 20 500 пар нуклеотидов, которые несут генетическую информацию, необходимую для транспозиции. При включении в бактериальную ДНК они вызывают в ней дупликации, а при перемещении — делеции и инверсии. Транспозоны могут находиться в свободном состоянии в виде кольцевой молекулы, неспособной к репликации. Она реплицируется только в составе бактериальной хромосомы. При этом новые копии транспозонов могут мигрировать в некоторые плазмиды и ДНК фагов, которые, проникая в бактериальные клетки, способствуют их распространению в популяции. Таким образом, важнейшим свойством транспозонов является их способность к перемещению с одного репликона (хромосомная ДНК) на другой (плазмида) и наоборот. Кроме того, некоторые транспозоны, так же как и плазмиды, выполняют регуляторную и кодирующую функции. В частности, они могут нести информацию для синтеза бактериальных токсинов, а также ферментов разрушающих или модифицирующих антибиотики.
Транспозоны имеют особые концевые структуры нескольких типов, которые являются маркерами, позволяющими отличать их от других фрагментов ДНК. Это позволило обнаружить их не только у бактерий и дрожжей, но и в клетках растений, насекомых, позвоночных животных и человека. При интеграции транспозонов в хромосому клеток животных или человека они приобретают удивительное сходство с провирусами, находящимися в составе их хромосом.
ls-последовательности
Is-последовательности представляют собой транспозируемые элементы, которые также называются «вставки последовательностей оснований». Это фрагменты ДНК длиной 1000 пар нуклеотидов и более. В Is-последовательностях содержится информация, необходимая только для их транспозиции, т.е. перемещения в различные участки
ДНК.
Вследствие такого рода перемещений Is-последовательности могут выполнять ряд функций.
1. Координировать взаимодействие транспозонов, плазмид и уме-енных фагов как между собой, так и с хромосомой бактериальной летки и обеспечивать их рекомбинацию.
2. Вызывать инактивацию гена, в которой произошла интеграция ^-последовательности («выключение» гена), либо, будучи встроенными в определенном положении в бактериальную хромосому, служить промотором (участками ДНК, регулирующих экспрессию подлежащих структурных генов бактерий-реципиентов), который включает или выключает транскрипцию соответствующих генов, выполняя регуляторную функцию.
3. Индуцировать мутации типа делеций или инверсий при перемещении и дупликации в 5-9 парах нуклеотидов при включении в бактериальную хромосому.
В свободном состоянии Is-последовательности не обнаружены, что свидетельствует об их неспособности реплицироваться самостоятельно.
Умеренные и дефектные фаги
Факторами изменчивости бактерий могут быть умеренные или дефектные фаги, которые напоминают по своим свойствам плазмиды бактерий. Встраиваясь в хромосому, эти фаги вызывают ли-зогенизацию бактерий, которые могут приобретать новые признаки.
Изменчивость лизогенных бактерий связана либо с приобретением генов, переносимых данными фагами от их предыдущих хозяев (бактерий-доноров), либо с экспрессией «молчащих» генов бактерий-реципиентов. В последнем случае фаговая ДНК, встраиваясь вблизи поврежденного промотора, заменяет его. При этом синтезируются определенные продукты, например протоксины дифтерийных бактерий, рада клостридий и др.).