Влияние биологических факторов.

Микроорганизмы находятся в различных взаимоотношениях друг с другом. Совместное существование двух различных организмов называется симбиозом. Различают несколько вариантов полезных взаимоотношений:

1) Полезные взаимоотношения:

Метабиоз – взаимоотношение микроорганизмов, при котором один из них использует для своей жизнедеятельности продукты жизнедеятельности другого (почвенные нитрифицирующие бактерии используют аммиак-продукт жизнедеятельности почвенных аммонифицирующих бактерий.

Мутуализм – взаимовыгодные взаимоотношения разных организмов (лишайники-симбиоз гриба и сине-зеленой водоросли).

Комменсализм – сожительство особей разных видов, при котором выгоду из симбиоза извлекает один, не причиняя другому вреда (бактерии-представители нормальной микрофлоры человека).

Физиология бактерий изучает жизнедеятельность, метаболизм бактерий, вопросы питания, получения энергии роста и размножения бактерий, а также их взаимодействие с окружающей средой.

Саттелизм – усиление роста одного вида микроорганизма под влиянием другого (некоторые дрожжи и сарцины, продуцирующие аминокислоты, витамины и др. вещества, способствуют росту более требовательных к питательным средам микробов).

Синергизм характеризуется усилением физиологических функций у членов микробной ассоциации (дрожжи и молочнокислые бактерии, фузобактерии и боррелии).

Вирогения – совместное сосуществование некоторых бактерий, дрожжей и простейших с вирусами. Установлены сочетания разных вирусов и бактерий: вируса омской геморрагической лихорадки с возбудителями бруцеллеза, туляремии, листериоза. Вирусная и микоплазменная этиология пневмонии встречается в 50-60% случаях. Частыми ассоциантами у детей являются вирус гриппа и менингококки, энтеровирусы и энтеробактерии.

2) антагонистические взаимоотношения выражаются в виде неблагоприятного воздействия одного вида микроорганизма на другой, приводящего к повреждению и даже гибели последнего. Так, например, молочнокислые бактерии обладают антагонистическими свойствами в отношении возбудителей дизентерии, чумы. Синегнойная палочка подавляет рост шигелл, сальмонелл, холерного вибриона, стафилококков, менингококков. Особенно мощными антагонистическими свойствами обладают представители нормальной микрофлоры человека против посторонней и гнилостной микрофлоры.

Распространенной формой антагонизма является образование антибиотиков-специфических продуктов обмена микроорганизмов, подавляющих развитие микроорганизмов других видов. Существуют и другие проявления антагонизма: большая скорость размножения, продукция бактериоцинов, в частности колицинов, продукция органических кислот и других продуктов, изменяющих рН среды. Антагонизм может развиваться в форме конкуренции за источники питания, хищничестве (амеба кишечника захватывает и переваривает бактерии кишечника), паразитизме (взаимоотношение бактериофага и бактерии).

Раздел 4. Генетика микроорганизмов. Строение бактериального генома.

Бактериальный геном состоит из генетических элементов – репликонов. Реплеконы – бактериальная хромосома и плазмиды.

Бактериальная хромосома представлена одной двуцепочечной молекулой ДНК кольцевой формы. Она кодирует жизненно важные для бактериальной клетки функции. Ее длина составляет от 3х10⁸ до 2,5х10⁹ нуклеотидных пар.

Плазмиды – дополнительный внехромосомный генетический материал. Это двуцепочечные молекулы ДНК, длиной от 10³ до 10⁶ нуклеотидных пар, гены которой кодируют дополнительные свойства, но придающие бактерии преимущества при попадании в неблагоприятные условия существования (устойчивость к антибиотикам, продукция факторов патогенности, образование колицинов и др.). В зависимости от свойств признаков, которые кодируют плазмиды, различают:

1. F - плазмиды кодируют пол у бактерий. Мужские клетки содержат (F⁺) содержат F- плазмиду, женские (F^-) – не содержат. Они отличаются поверхностным электрическим зарядом и поэтому притягиваются;

2. R- плазмиды (resistance) - устойчивость к лекарственным препаратам.

3. Col - плазмиды- синтез колицинов (бактериоцинов)- факторов конкуренции близкородственных бактерий (антогонизм). На этом свойстве основано колицинотипирование штаммов.

4. Hly- плазмиды- синтез гемолизинов.

5. Ent- плазмиды- синтез энтеротоксинов.

6. Tox- плазмиды- токсинообразование.

Репликация плазмид происходит независимо от хромосомы, но некоторые плазмиды находятся под строгим контролем.

Плазмиды, которые обратимо встраиваются в бактериальную хромосому и функционируют с ней в виде единого репликона, называются интегративными плазмидами (эписомы).

Плазмиды, способные передаваться из одной бактериальной клетки в другую называются трансмиссивными плазмидами (конъюгативными). Трансмиссивность присуща лишь крупным плазмидам, имеющим tra – оперон, в который объединены гены, ответственные за перенос плазмиды.

Мелкие плазмиды не несущие tra – оперон не могут передаваться сами по себе, но способны к передаче в присутствии трансмиссивных плазмид, используя их аппарат конъюгации. Такие плазмиды называются мобилизуемыми, а сам процесс мобилизацией нетрансмиссивной плазмиды.

Биологическая роль плазмид многообразна, в том числе:

- контроль генетического обмена бактерий;

- контроль синтеза факторов патогенности;

- совершенствование защиты бактерий.

Плазмиды используют в практической деятельности человека в генной инженерии при конструировании специальных рекомбинативных бактериальных штаммов.

Потеря клеткой плазмиды не приводит к ее гибели. В одной и той же клетке могут находиться разные плазмиды.

В состав бактериального генома, как в бактериальную хромосому, так и в плазмиды входят подвижные генетические элементы.

К подвижным генетическим элементам относятся вставочные последовательности и транспозоны.

Вставочные (инсерционные) IS-последовательности – это короткие фрагменты ДНК, способные как целое перемещаться из одного участка репликона в другой, а также между репликонами. Они не несут структурных (кодирующих белок) генов, а содержат только гены, ответственные за транспозицию (способность перемещаться по хромосоме и встраиваться в различные ее участки). Отличительной особенностью IS-последовательности является наличие на концах вставочной последовательности ( инвертированных повторов). Эти инвертированные повторы узнает фермент транспозаза.

Транспозоны – это более крупные молекулы ДНК. Помимо генов, ответственных за транспозицию, они содержат и структурный ген. Транспозоны способны перемещаться по хромосоме. Их положение сказывается на экспрессии генов. Транспозоны могут существовать и вне хромосомы (автономно), но неспособны к автономной репликации.

Подвижные генетические элементы вызывают:

- инактивацию генов тех участков ДНК, куда они встраиваются;

- образование повреждений генетического материала;

- слияние репликонов, т.е. встраивание плазмиды в хромосому;

- распространение генов в популяции бактерий, что может привести к смене возбудителя инфекционных заболеваний – эволюционный процесс среди микробов.