Роль мутаций, рекомбинаций и селекции в эволюции микроорганизмов. Генная инженерия и аспекты ее практического использования.

Мутации микроорганизмов могут иметь важное практическое зна­чение. Получены штаммы-мутанты грибов и актиномицетов, являю­щиеся продуцентами антибиотиков во много раз более активных, чем исходные культуры. Из мутантов с ослабленной вирулентностью мо­гут быть получены вакцинные штаммы для получения живых вакцин.

При микробиологической диагностике инфекционных заболева­ний возникают затруднения в определении вида атипичных микробов, например, бактерий дизентерии, не агглютинирующихся сыворотка­ми. Для их идентификации приходится применять другие методы.

В процессе лечения больных инфекционными болезнями создают­ся препятствия в виде устойчивости возбудителей к антибиотикам, и требуются специальные методы для преодоления лекарственной ус­тойчивости. Селекция в условиях стационаров штаммов микроорга­низмов, обладающих множественной лекарственной устойчивостью и высокой вирулентностью для человека, привело к формированию так называемых «госпитальных» штаммов, вызывающих внутрибольничныс инфекции. Такие штаммы известны среди стафилококков, а также среди сальмонелл и других грамотрицательных палочек.

Методами направленной мутации и селекции получены живые вак­цины, с успехом применяющиеся для профилактики инфекционных бо­лезней.

Достижения молекулярной генетики используются для современ­ных методов идентификации микробов: методы индикации нуклеино­вых кислот, полимеразная цепная реакция (ПЦР). Полимеразная цеп­ная реакция является высокочувствительной реакцией, т.к. позволяет увеличить число копий исследуемой цепи ДНК в сотни тысяч раз за несколько часов. ПЦР может быть использована особенно тогда, ког­да в исследуемом материале имеется очень малые концентрации воз­будителя или трудно выделить чистую культуру, а также при его высо­кой антигенной изменчивости.

Генетическая инженерия основана на создании рекомбинантных организмов, содержащих встроенные в их хромосому гены, кодирую­щие продукцию необходимых для производства соединений.

Последовательные этапы рекомбинации:

1) получение ДНК. Участки ДНК, то есть гены, кодирующие син­тез необходимого вещества, выделяют из хромосомы путем разреза­ния ферментами (рестриктазами). В некоторых случаях удается по­лучить методом химического синтеза небольшие гены, аналогичные природным;

2) полученный ген (отрезок ДНК) с помощью ферментов (лигаз) соединяют ("сшивают") с другим отрезком ДНК, который будет слу­жить вектором для встраивания гибридного гена в клетку. В качестве вектора можно использовать плазмиды, бактериофаги, вирусы;

3) вектор, несущий встроенный в него ген, встраивается в бакте­риальную или животную клетку, которая приобретает способность продуцировать не свойственное этой клетке вещество. В качестве та­ких реципиентов используют клетки Е. coli, P. aeruginosa, дрожжи, ви­рус осповакцины. Подбирая подходящего реципиента, учитывают вы­раженность синтеза необходимого вещества. Некоторые штаммы бак­терий, получивших чужой ген, способны переключать половину свое­го потенциала на синтез соединения, кодируемого этим геном. Учиты­вается также возможность секреции вещества в окружающую среду, возможность культивирования в промышленных масштабах, экологи­ческая безопасность.

Биологические препараты, полученные методом генетической инжене­рии: интерфероны, интерлейкины, инсулин, гормон роста, вакцина про­тив гепатита В, антигены ВИЧ для диагностики и другие препараты.

Методы генетической инженерии перспективны:

- для получения антигенов с целью диагностики заболеваний, воз­будители которых или не культивируются на питательных средах (си­филис, малярия) или опасны для культивирования;

- для получения препаратов, сырье для которых дорогостоящее или дефицитное: интерфероны, инсулин, гормон роста, интерлейкины и дру­гие цитокины, регулирующие иммунитет, а также антитела.

Изменчивость микробов и значение ее в диагностике, терапии и профилактике инфекционных заболеваний.

Изменчивость у микроорганизмов. У микроорганизмов, как и у других организмов, различают ненаследственную и наследственную И. Изменению могут подвергаться любые морфологические и физиологические признаки: величина и форма микроорганизмов, вид и окраска их колоний, способность усваивать или синтезировать различные органические вещества, болезнетворность и др. Наследственная И. микроорганизмов — результат мутаций, возникающих спонтанно или вызываемых физическими или химическими мутагенами (ультрафиолетовые лучи, ионизирующая радиация, этиленимин и др.). У мутантов могут резко усиливаться или снижаться такие количественные признаки, как способность к биосинтезу аминокислот, антибиотиков, ферментов, витаминов и т. п. Возникают так называемые дефицитные мутанты, способные расти только при добавлении к среде определённых аминокислот, пуринов, пиримидинов и др. Микроорганизмы размножаются очень быстро. Поэтому на них легче изучать все формы И., а также осуществлять искусственный отбор полезных мутантов. Так, при непрерывном культивировании соответствующих микроорганизмов (проточные культуры) в питательной среде, содержащей, например, антибиотик, фенол или сулему, легко могут быть получены формы, устойчивые к данному веществу (адаптивная И.). Наблюдаются у микроорганизмов и взаимосвязанные изменения (коррелятивная И.). Так, возникновение у болезнетворных микробов складчатых колоний сопровождается снижением их иммуногенности. У микроорганизмов, имеющих истинный половой процесс (некоторые плесневые грибы, спорогенные дрожжи), возможно скрещивание, сопровождающееся перекомбинированием генов и получением гибридов. У несовершенных грибов и бактерий, лишённых истинного полового процесса, такие гибриды не могут быть получены.

Микрофлора в организме человека, ее роль в норме (полезная) и патологии. Характеристика микрофлоры кожи и слизистых дыхательных путей и полости рта. Возрастные изменения микрофлоры организма человека.

Взаимоотношения микробов и макроорганизма

В отличие от свободноживущих микробов, которые адаптирова­лись к условиям существования на неживых объектах внешней среды, микробы-симбионты в процессе эволюции приспособились к условиям симбиоза (греч. simbiosis - сожительство) с организмом хозяина. Разли­чают формы симбиоза: мутуализм, комменсализм, паразитизм.

Мутуализм (лат. mutuus - взаимный) - взаимно полезное сожитель­ство. Например, для человека полезными симбионтами являются молоч­нокислые бактерии - антагонисты гнилостной микрофлоры кишечника.

Комменсализм (фр. commensal - сотрапезник) - сожительство, одно­сторонне полезное для одного из симбионтов, не причиняющее вреда другому. Например, комменсалом человека является непатогенная кишечная амеба, питающаяся остатками пищи и не причиняющая чело­веку вреда.

Эти две формы симбиоза характерны для нормальной микрофло­ры организма здорового человека.

Паразитизм (греч. parasites - нахлебник) - взаимоотношения, при которых микроорганизм, питаясь за счет хозяина, причиняет ему вред. К паразитам относятся микробы - возбудители инфекционных заболе­ваний.

Характеристика микрофлоры организма человека

Микрофлора организма человека является результатом взаимно­го приспособления в процессе взаимодействия микроорганизмов и хо­зяина. Все многообразие микробов, встречающихся в организме чело­века, можно условно разделить на три группы:

Транзиторная микрофлора - микробы, случайно попавшие в ор­ганизм, не имеющие приспособлений для выживания в нем.

Резидентная микрофлора - микробы постоянно живущие, приспо­собившиеся к существованию в определенных областях организма, пре­имущественно полезные для него.

Условно-патогенные, способные вызвать заболевание при ос­лаблении сопротивляемости организма, при нарушении нормальной микрофлоры.

Организм ребенка при рождении свободен от микробов, но уже в процессе родов и в первые дни жизни микробы заселяют поверхность тела, ротовую полость, дыхательные пути, кишечник. В дальнейшем при взаимодействии микробов с организмом ребенка, в результате вза­имной адаптации одни микробы будут удалены, другие приживутся. При этом для каждой области организма характерны определенные виды.

Свободны от микрофлоры кровь и внутренние органы, не сооб­щающиеся с внешней средой, такие как мозг, сердце, печень, селезенка и другие. В норме не имеют резидентной микробной флоры такие орга­ны, как матка, мочевой пузырь, легкие.

Значение микрофлоры организма человека

И.И. Мечников еще в 1907-1908 годах высказал предположение, что микрофлора организма может быть для человека полезной, вред­ной или безразличной. Как правило, при физиологических условиях, в местах обычного своего обитания, микроорганизмы оказывают поло­жительное действие. Они обладают антагонистическими свойствами по отношению к патогенным микробам; способствуют созреванию им­мунной системы; способствуют пищеварению; синтезируют некоторые витамины.

В то же время при попадании микробов в необычное место оби­тания возможно развитие воспалительного процесса, например, пе­ритонита при ранении в живот и повреждении кишечника. Кроме того, кишечные микроорганизмы продуцируют вредные для человека продук­ты гниения. И, наконец, в процессе эволюционного развития происхо­дит отщепление патогенных вариантов бактерий, например, Е. coli.

Микрофлора кожи. На поверхности кожи обитают, главным обра­зом, транзиторные микробы: сарцины, стафилококки, коринебактерии; в глубоких слоях кожи постоянным обитателем является эпидермальный стафилококк. Кожа, в особенности чистая, обладает бактерицидностью благодаря действию выделений потовых и сальных желез.

Полость рта наиболее богата по разнообразию видов бактерий, грибов, простейших, вирусов. Постоянные обитатели способны к адгезии - прикреплению к поверхности зубов или слизистой оболочки. Состав микрофлоры зависит от состояния организма, от состава пи­щи, от гигиены полости рта.

Микрофлора дыхательных путей. Микроорганизмы, содержащие­ся во вдыхаемом воздухе, большей частью погибают в полости носа. Постоянными обитателями здесь являются микрококки, стафилокок­ки, дифтероиды, нейссерии. Трахея и бронхи свободны от постоянной микрофлоры.

Микрофлора толстого кишечника. Основные представители аэробной и анаэробной микрофлоры, их соотношение. Дисбактериоз: определение понятия, факторы его вызывающие, способы предупреждения, препараты для восстановления микрофлоры кишечника.

Микрофлора толстой кишки наиболее обильна по количеству мик­робов. Состав ее формируется в течение первых месяцев жизни и зави­сит от способа вскармливания. Вскоре после рождения у грудных де­тей, питающихся молоком матери, формируется стабильная кишечная микрофлора, состоящая, в основном, из анаэробных неспоровых грам-положительных Bacterium bifidum и факультативно-анаэробных молоч­нокислых грамположительных Bacterium acidophilum. Эта бифидум-флора является основой микрофлоры толстой кишки здоровых детей первых месяцев жизни. В этом возрасте такие обычные для взрослых бактерии, как кишечная палочка, могут вызвать патологический про­цесс. Поэтому даже лечебные препараты, содержащие живые кишеч­ные палочки (колибактерин, бифпкол) назначаются только после 6-месячного возраста.

У детей, вскармливаемых искусственно, в кишечной флоре, кроме молочнокислых бактерий, встречаются кишечные палочки, ста­филококки, энтерококки, другие микробы, и у таких детей чаще возни­кают кишечные заболевания.

У более старших детей и у взрослых в кишечной микрофлоре так­же преобладают анаэробы: грамположительные бифидумбактерии и грамотрицательные анаэробные бактероиды. На них приходится 96-99% всей микрофлоры. От 1 до 4% составляют факультативные анаэ­робы - кишечные палочки, энтерококки, лактобактерии; на долю оста­точной микрофлоры - стафилококков, протея, дрожжей, клостридий -приходится менее 1%.

Микрофлора толстой кишки, в основном, является полезной для человека. Бактерии, тесно связанные со слизистой оболочкой бла­годаря адгезии (главным образом, бифидо- и лактобактерии), обра­зуют на ее поверхности биологическую пленку, препятствующую раз­множению и проникновению патогенных микробов. Кроме того, мик­робная флора является антагонистом гнилостной микрофлоры, а так­же играет роль в водно-солевом обмене, в превращении пищева­рительных ферментов, в продукции витаминов.

Дисбактериоз - это нарушение количественного и качественного

состава нормальной микрофлоры. Причинами дисбактериоза могут быть:

- кишечные заболевания, например дизентерия;

- заболевания иной локализации;

- длительное применение антибиотиков и антисептиков, которые угнетают развитие одних видов микробов и не влияют на другие; в результате наступает бесконкурентное размножение стафилококков, протея, грибов Candida;

- снижение иммунитета, вызванное облучением, лечением иммунодепрессантами.

Чаще всего в клинической практике сталкиваются с дисбактериозом кишечника.

Диагноз дисбактериоза устанавливается бактериологически­ми исследованиями, путем посевов на питательные среды и опре­деления количественных соотношений разных видов микробов.

Дисбактериоз проявляется клинически примерно в половине слу­чаев, в виде кишечных расстройств Нормальная микрофлора ки­шечника, нарушенная из-за лечения антибиотиками, восстанавлива­ется обычно в течение месяца после прекращения лечения.

Для предотвращения и устранения дисбактериоза применяется бак-териотерапия с помощью биологических бактериальных препаратов (ББП), в отношении которых применяются также термины: пробио-тики, эубиотики. ББП содержат живые культуры бактерий: кишечной палочки, бифидобактерий, лактобактерий.

 

II раздел

Инфекция и инфекционное заболевание – определение понятий. Основные факторы, обуславливающие возникновение инфекционной болезни. Отличие инфекционных заболеваний от других болезней человека. Распространение и локализация микробов в организме.

Инфекция (лат. inficere - заражать), или инфекционный процесс - это процесс взаимодействия патогенного микроорганизма и воспри­имчивого макроорганизма (хозяина) в определенных условиях внеш­ней среды. В крайней своей форме инфекционный процесс выражается в виде инфекционного заболевания.

Попадание микроорганизма в организм человека не всегда при­водит к заболеванию. Возникновение, течение и исход инфекционного процесса зависят от трех основных условий. Это: I) свойства патоген­ного микроорганизма; 2) состояние восприимчивого макроорганизма; 3) условия внешней среды. Кроме того, имеют значение входные воро­та инфекции и доза микробов.

Характерные черты инфекционного заболевания:

Инфекционные болезни имеют ряд особенностей, отличающих их от неинфекционных болезней. Это:

- наличие возбудителя болезни;

- заразительность;

- способность к эпидемическому распространению;

- наличие инкубационного периода;

- цикличность течения;

-иммунный ответ после перенесенного заболевания: невосприим­чивость или повышенная чувствительность к возбудителю.

По характеру локализации и путям распространения различают оча­говые и генерализованные инфекции. При очаговых инфекциях возбу­дители остаются в ограниченном очаге. При генерализованных - про­исходит распространение микробов в организме.

Бактериемия - распространение бактерий но кровяному руслу без их размножения, наблюдается как одна из стадий в течении болезни, например, при брюшном тифе.

Сепсис, септицемия - тяжелая генерализованная форма инфекции, когда возбудитель размножается в крови при резком угнетении имму­нитета.

Септикопиемия характеризуется тем, что одновременно с размно­жением микробов в крови развиваются гнойные очаги в органах.

Токсинемия - поступление в кровь экзотоксинов. Инфекции, при которых это происходит, называются токсинемическими, например, столбняк, ботулизм, дифтерия.

При газовой анаэробной инфекции наблюдается сочетание сеп­тических и токсинемических явлений.

 

⇐ Предыдущая3456789101112Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: