Викладач	Стоянова Л.П.
Предмет	Мікробіологія
Група	2 – А с/с
Дата	Згідно розкладу  02.02.2021 (день сурка)
Тема Лекція	Тема: Мікроби та навколишнє середовище. Генетика та мінливість мікроорганізмів. Бактеріофаги. Антибіотики.

 

 

Лекція2

Тема: Мікроби та навколишнє середовище. Генетика та мінливість мікроорганізмів. Бактеріофаги. Антибіотики.

               

І. Актуальність:

Міліарди мікробів населяють стихії і оточують нас всюди, є супутниками людини на всьому її життєвому шляху, владно втручаючись у її життя, то як вороги, то як друзі. Вони зустрічаються у харчах, які ми споживаємо, у воді, яку ми п’ємо, в повітрі, яким ми дихаємо. Оточуючі нас предмети, наш одяг, поверхня нашого тіла – все це буквально кишить мікробами, серед яких зустрічаються і хвороботворні види” – мікробіолог Омелянський.

Вплив чинників навколишнього середовища зумовлюють мутації у бактерій. Це пояснює появи нових варіантів патогенних і умовно-патогенних мікроорганізмів, резистентних долікарських і дезінфекційних препаратів, появи, атипових форм інфекцій. Завдяки розвитку генної інженерії методом мікробіологічного синтезу виробляють інсулін, інтерферон, гормони, вітаміни, вакцини.

               

ІІ Навчальні цілі:

Ознайомитись з поширенням мікроорганізмів у довкіллі, мікроекологією. З впливом чинників навколишнього середовища на мікроорганізми. Суть генотипової та фенотипової форм мінливості.

Знати: мікрофлору організму людини. Санітарно-показникові мікроорганізми довкілля, лікарняних установ. Структуру і вплив фагів на мікробну картину.

Вміти: виготовлення дезінфікуючих розчинів. Дезінфекція рук, робочого місця, інструментів, піпеток, відпрацьованого матеріалу. Проводити стерилізацію лабораторного посуду медичного інструментарію, перев’язувального матеріалу. Контроль за якістю стерилізації мікроорганізмів.

Визначення чутливості мікроорганізмів до антибіотиків.

               

ІІІ Виховні цілі: Формування у майбутніх медпрацівників сумлінного ставлення до своїх обов’язків при виконанні дезінфекції і стерилізації. Дотримання правил охорони праці, техніки безпеки під час роботи з інфікованим матеріалом, лабораторним посудом, дезрозчинами, газовими пальниками.

               

Обладнання: презентація, таблиця, бактеріофаги.

               

Міжпредметні зв’язки: біологія, хімія, анатомія, фізіологія, латинська мова, генетика, фармакологія.

               

План

1. Мікроекологія. Мікробіоценоз.
2. Мікрофлора грунту, води, повітря.
3. Санітарно-показникова мікрофлора лікувальних закладів.
4. Мікрофлора організму людини, її значення.
5. Поняття про генотипову і фенотипову мінливість. Мутації. Рекомбінації.
6. Бактеріофаг, його природа і практичне застосування.
7. Поняття про антибіотики. Побічна дія і методи її подолання. Антибіотикограма.
8. Антисептики. Хіміотерапевтичні препарати. Класифікація. Противірусні хіміотерапевтичні препарати.

               

МІКРОБИ ТА НАВКОЛИШНЄ СЕРЕДОВИЩЕ. ГЕНЕТИКА ТА МІНЛИВІСТЬ МІКРООРГАНІЗМІВ. БАКТЕРІОФАГИ. АНТИБІОТИКИ

ГЕНЕТИКА МІКРООРГАНІЗМІВ

Розвиток генетики сприяв подальшому розквіту медичної мікробіології. Знання генетичних закономірностей формування незвичних видів мікроорганізмів дозволяє прогнозувати їх появу та поширення серед населення. За допомогою генної інженерії отримують штами мікробів із заданими властивостями. Застосовуючи генетичні методи, виробляють інтерферони, інтерлейкіни, антибіотики, ферменти, гормони тощо. Мінливість мікроорганізмів ураховують при діагностиці та лікуванні захворювань.

Ads by optAd360

Особливості генетики мікроорганізмів:

1. Хромосома бактерій розміщується в цитоплазмі і містить понад 3000 генів.

2. Вміст ДНК непостійний і залежить від умов росту (може збільшуватися). Ця унікальна властивість забезпечує можливість регулювання швидкості власного розмноження і забезпечує виживання виду.

3. Генетична інформація міститься в генах хромосоми і позахромосомних структур (плазмід).

4. Передача інформації здійснюється по вертикалі (від батьківської клітини до дочірніх) і по горизонталі (від однієї особини до іншої) шляхом генетичних рекомбінацій.

Здатність мікроорганізмів набувати нових властивостей, які відрізняють їх від попередніх поколінь, називають мінливістю. Розрізняють спадкову та неспадкову мінливість.

Неспадкова (модифікаційна, адаптивна) мінливість не зумовлена змінами в генетичному апараті. Змінені ознаки не успадковуються.

Причинами виникнення таких модифікацій є несприятливі умови навколишнього середовища (наприклад, недостатня кількість вологи).

Розрізняють морфологічні, культуральні та біохімічні модифікації.

Морфологічні модифікації — зміна форми (поліморфізм), втрата джгутиків чи капсули, зміна забарвлення; культуральні — зміна характеру росту, втрата пігментів; біохімічні — втрата здатності утворювати окремі ферменти.

Можливість модифікацій необхідно враховувати під час лабораторних досліджень культури мікроорганізмів.

Спадкова (генотипова) мінливість зумовлена змінами генетичних структур унаслідок мутацій і генетичних рекомбінацій. Змінені ознаки успадковуються.

Мутації (від лат. mutatio — міняти) — зміна структури генів. Бувають спонтанні та індуковані мутації. Спонтанні мутації з'являються під дією неконтрольованих факторів. Індуковані мутації виникають унаслідок дії встановлених мутагенів (іонізуюче та ультрафіолетове випромінювання, хімічні речовини, особливо азотна кислота, акридин, Н₂О₂, антибіотики та ін.).

Виділяють малі (точкові) та великі (хромосомні) мутації. Точкові зумовлені заміною, випаданням або вставлянням азотистих основ; хромосомні — інверсією (поворотом ділянки хромосоми на 180°), транслокацією (переміщенням ділянки хромосоми), значними делеціями (випаданням ділянки хромосоми).

Ads by optAd360

Мутації, як правило, згубно впливають на мікроорганізми. Однак вони виробили відповідні механізми репарації. Ці механізми оберігають мікроорганізми від мутацій або ліквідують їх наслідки.

Мутанти відрізняються від попередніх поколінь морфологічними властивостями, стійкістю до антибіотиків, патогенністю (появою атенуйованих форм). Вони не здатні продукувати деякі ферменти та ін. Зміна одних властивостей, як правило, призводить до зміни інших. Прикладом такої мінливості є дисоціація (утворення колоній R- і S-форм). S-форми колоній утворюються в гострий період захворювання. Мікроорганізми біохімічно більш активні, повноцінні в антигенному відношенні. Ці колонії гладенькі, з рівними краями, блискучі. R-форми колоній шорсткі, мутні. Мікроорганізми в них менш вірулентні та біохімічно менш активні. Частіше утворюються при хронічних інфекціях.

Генетичні рекомбінації зумовлені перенесенням генів із клітин-донорів до клітин-реципієнтів. Вони відбуваються in vitro (у живильному середовищі) або in vivo (у живому організмі).

Серед генетичних рекомбінацій виділяють такі: трансформація, трансдукція, кон'югація.

Трансформація — передача генів із чужорідною ДНК, яку живі мікроорганізми захоплюють у загиблих. Безкапсульні (авірулентні) пневмококи здатні захоплювати ДНК загиблого капсульного (вірулентного) пневмокока, набуваючи вірулентності.

Ads by optAd360

Трансдукція — перенесення генів за допомогою фагів.

Кон'югація — перенесення генів за допомогою F-фактора від клітини-донора до клітини-реципієнта при безпосередньому контакті через F-пілі.

Позахромосомні фактори спадковості не є життєво важливими структурами мікробних клітин, оскільки вони не несуть інформації стосовно процесів метаболізму. Наявність цих структур може надавати певні переваги мікробній клітині (стійкість до антибіотиків, здатність продукувати токсин та ін.).

До позахромосомних факторів спадковості відносять:

1. Плазміди — молекули ДНК, які мають кільцеву структуру. Якщо вони розміщуються у цитоплазмі клітини, то здатні до самостійної реплікації (поділу). Якщо плазміди інтегруються в геном, то вони не мають кільцевої структури і діляться разом з геномом клітини. Вивчено понад 20 плазмід, але найбільше значення мають профаги, F- і R-плазміди, соl-плазміди. Профаги в лізогенній культурі здатні спричинювати низку змін, у тому числі токсигенність. F-плазміда — фактор фертильності (плодючості). Він бере участь у кон’югації. R-плазміди надають мікробним клітинам стійкості до лікарських засобів, що значно ускладнює проведення хіміотерапії. Бактеріоциногенні плазміди контролюють синтез бактеріоцинів. Бактеріоцини — це речовини білкової природи, що згубно діють на бактерії того виду, які їх утворюють, і на генетично близькі їм види.

Ads by optAd360

Бактеріоциногенна плазміда вперше була виявлена в Е. соlі, тому її називають соl-плазмідою.

2. Транспозони. Вони складаються з кількох тисяч нуклеотидів (частинок молекул ДНК), мають кільцеву структуру, але, на відміну від плазмід, не здатні до автономної реплікації. При інтеграції в хромосому діляться разом з нею.

3. Is-послідовності. Ці структури складаються з тисячі нуклеотидів. Вони зв'язані з хромосомою.

Транспозони та Is-послідовності здатні мігрувати в клітині між плазмідами та хромосомою, а також із однієї клітини в іншу, поширюючи певну генетичну інформацію в популяції.

Практичне значення мінливості мікроорганізмів.

Мінливість мікроорганізмів слід ураховувати при ідентифікації культури, оскільки можлива поява нових варіантів патогенних збудників. Так був виявлений новий збудник холери — V. cholera О₁₃₉ ("Бенгал"), який виник, можливо, внаслідок мутації О-антигену.

За допомогою селекції отримують штами мікроорганізмів, які використовують для виробництва атенуйованих вакцин, антибіотиків, ферментів тощо.

За допомогою генної інженерії змінюють структуру генів, включають у хромосому бактерій гени інших мікроорганізмів та макроорганізму. Такі штами використовують для синтезу лікарських засобів (інсуліну, інтерферону, гормонів, імуноглобулінів тощо), вакцин (проти гепатиту В, ВІЛ-інфекції).

Фаги

Фаги — це віруси, які паразитують на бактеріях, тому їх назвали бактеріофагами. Явище бактеріофагії описав український учений М. Ф. Гамалія (1898), а потім англійський дослідник Ф. Туорт (1915). У 1917 р. більш детально це явище вивчив французький учений д’Еррель, який запропонував термін "бактеріофаг". Пізніше були відкриті віруси, здатні руйнувати клітини синьо-зелених водоростей, грибів, актиноміцетів. Тому цю групу вірусів стали називати фагами.

До складу фагів входить нуклеїнова кислота (дволанцюгова ДНК, рідко РНК і одноланцюгова ДНК). За формою розрізняють ниткоподібні, сферичні та сперматозоїдні фаги. Найбільш вивчені типові фаги (Т-фаги): непарні — Т₁, Т₃, Т₅, Т₇ та парні — Т₂, Т₄, Т₆.

Т-фаги за формою схожі на сперматозоїди. Вони складаються з головки та хвостового відростка, на кінці якого є базальна пластинка із шипами та фібрилами. На вільному кінці відростка міститься фермент лізоцим або гіалуронідаза.

Фаги широко поширені там, де є відповідні мікроби. Фаги більш стійкі, ніж вегетативні форми бактерій, у яких вони розмножуються. Фаги витримують нагрівання до 75 °С, висушування, pH від 2 до 8,5, дію антибіотиків і хлороформу. Ці властивості використовують для виділення фагів із культури мікроорганізмів.

На фаги згубно діють кислоти, дезінфекційні розчини, ультрафіолетове та іонізуюче випромінювання.

Фаги здатні розмножуватися в клітинах бактерій, що зумовлено наявністю рецепторів у фагів і на оболонці відповідних мікробних клітин. В основі номенклатури фагів лежить назва виду бактерій: дизентерійний фаг, сальмонельозний фаг та ін.

За специфічністю розрізняють:

· видові фаги, що паразитують у клітинах тільки одного виду бактерій (холерний, дифтерійний);

· полівалентні фаги — що паразитують у клітинах близьких видів бактерій, які відносяться до одного роду (полівалентний дизентерійний фаг);

· типові фаги, що паразитують у клітинах окремих варіантів мікроорганізмів, які відносяться до одного виду (стафілококові, сальмонельозні).

Типові фаги називають літерами латинського алфавіту або цифрами.

Типи взаємодії фага з чутливою клітиною. Розрізняють вірулентні та помірні фаги.

Вірулентний фаг спричинює лізис чутливих клітин. Цикл розмноження включає такі послідовні стадії:

1) адсорбція на поверхні клітини хвостовим відростком;

2) проникнення нуклеїнової кислоти фага в бактеріальну клітину (оболонка фага залишається поза клітиною — "тінь");

3) реплікація фагової нуклеїнової кислоти та синтез його білкової оболонки;

4) формування нових частинок фагів;

5) лізис (із середини) бактеріальної клітини і вихід фагів із клітини.

Якщо на клітині адсорбується велика кількість фагових віріонів, то може відбуватися лізис і ззовні. Вірулентні фаги, нанесені на колонії агарової культури, зумовлюють появу прозорих плям — негативних колоній фага, а в рідкому середовищі каламутна бульйонна культура стає прозорою.

Помірний фагнелізує мікробні клітини. Його нуклеїнова кислота інтегрує в бактеріальний геном і реплікує разом з ним. У такому разі фаг називають

профагом, явище — лізогенією, а бактеріальну клітину — лізогенною. Помірний фаг може перетворитися на вірулентний і спричинити лізис бактеріальної клітини. Цей процес може бути спонтанним, але частіше він відбувається під дією факторів, які ослаблюють бактеріальну клітину (суббактерицидні дози ультрафіолетового випромінювання, хімічні речовини). Помірні фаги, особливо помірні дефектні фаги, спричинюють мінливість мікроорганізмів.

Активність фага визначають за Апельманом і Граціа.

Титр за Апельманом — це найбільше розведення фага, в якому він пригнічує ріст тест-культури в умовах досліду. Частіше використовують фаг, титр якого становить 10^-5—10^-7.

Титр за Граціа — це кількість частинок фага в 1 мл матеріалу (41 · 10⁸).

Практичне застосування фага:

1. Для фагодіагностики — визначення виду культури (чумний фаг).

2. Для фаготипування при визначенні джерел інфекції (черевнотифозні, стафілококові типові фаги).

3. Для виявлення патогенних мікроорганізмів у навколишньому середовищі за допомогою реакції наростання титру фага (РНТФ).

4. Для фаготерапії та фагопрофілактики (дизентерійний, сальмонельозний, коліпротейний, стафілококовий фаги).

5. У генній інженерії.

 

 

АНТИБІОТИКИ ТА ХІМІОТЕРАПЕВТИЧНІ ПРЕПАРАТИ

Антибіотики — це речовини біологічного та напівсинтетичного походження, які вибірково пригнічують розвиток патогенних мікробів та затримують ріст злоякісних пухлин.

Ads by optAd360

Антибіотики класифікують за походженням, механізмом та спектром біологічної дії.

Природні антибіотики містяться в плісеневих грибах (пеніцилін, цефалоспорини), актиноміцетах (стрептоміцин, тетрациклін, еритроміцин, олеандоміцин, канаміцин, рифампіцин та ін.), бактеріях (поліміксини В і М, граміцидин С), вищих рослинах (фітонциди містяться в цибулі, часнику, хріні, алое тощо), тканинах тварин і людей (лізоцим, екмолін, інтерферони, інтерлейкіни).

У напівсинтетичних антибіотиках хімічним методом змінюють структуру молекули природного препарату. До цієї групи належать ампіцилін, метацилін, оксацилін, окситетрациклін.

Механізм дії. Антибіотики діють на клітинному рівні. Вони гальмують синтез клітинної стінки (пеніцилін, цефалоспорини), порушують біосинтез білка (стрептоміцин, тетрациклін), пригнічують синтез цитоплазматичної мембрани (поліміксин, ністатин) та нуклеїнових кислот (рифампіцин), уповільнюють синтез нуклеїнових кислот пухлинних клітин (олівоміцин, брунеоміцин).

Антибіотики виявляють бактерицидну і бактеріостатичну дію.

За спектром дії антибіотики поділяють на такі групи:

· антибактеріальні (більшість препаратів);

· протигрибкові (ністатин, леворин, гризеофульвін та ін.);

· противірусні (інтерферони);

· протипухлинні (рубоміцин, брунеоміцин, олівоміцин).

За антимікробним спектром розрізняють антибіотики вузького (природний пеніцилін діє на гноєтворні коки, грампозитивні палички, спірохети) та широкого спектра дії (більшість природних і напівсинтетичних антибіотиків).

Так, тетрациклін діє на грампозитивні та грамнегативні бактерії, рикетсії, дизентерійну амебу, хламідії.

Активність антибіотиків виражають у міжнародних одиницях дії (ОД). Одна ОД пеніциліну — це найменша його кількість, що пригнічує ріст еталонного штаму стафілокока в 50 мл бульйону. Ця ОД відповідає 0,6 мкг хімічно чистої натрієвої солі бензилпеніциліну. Для більшості антибіотиків 1 ОД відповідає 1 мкг сухої речовини.

Антибіотики виводяться з організму із сечею, тому необхідно підтримувати певну концентрацію антибіотика в організмі. їх призначають кілька разів на добу за схемою. Є антибіотики пролонгованої дії (біцилін-5 діє протягом 3 тиж).

Патологічний матеріал для визначення чутливості мікроорганізмів до антибіотиків необхідно брати до початку антибіотикотерапії.

Резистентність мікроорганізмів до антибіотиків. Тривале застосування антибіотиків, нераціональна антибіотикотерапія, вживання харчових продуктів, які містять антибіотики, зумовили появу резистентних (стійких) до антибіотиків штамів мікроорганізмів, що значно ускладнює лікування інфекційних захворювань. Стійкість мікроорганізмів може бути природною або набутою. Набута стійкість може бути первинною чи вторинною. Первинна стійкість формується внаслідок спонтанних мутацій до початку антибіотикотерапії, а вторинна — унаслідок дії антибіотиків, які спричинюють мінливість мікроорганізму і появу L-форми. Стійкість мікроорганізму забезпечують гени власної хромосоми та плазміди.

Щоб запобігти виникненню резистентності мікроорганізмів до антибіотиків, необхідно:

· застосувати нові, більш ефективні препарати;

· комбінувати антибіотики з різним механізмом дії;

· заборонити використання для лікування антибіотиків, до яких у даному регіоні з'явилися резистентні форми мікроорганізмів;

· заборонити використання у ветеринарній практиці антибіотиків, якими лікують людей;

· дотримуватися інструкції щодо застосування препарату (доза, термін, спосіб використання);

· визначати чутливість мікроорганізмів до антибіотиків.

Для визначення чутливості мікроорганізмів до антибіотиків використовують різні методи.

Найчастіше використовують метод дифузії в агар із застосуванням стандартних дисків, які просочені антибіотиками. Для визначення чутливості спочатку виділяють чисту культуру мікроорганізмів. Але при дослідженні в нормі стерильного матеріалу (сечі, ліквору, крові) чисту культуру виділяти не обов'язково.

Культуру мікроорганізмів або патологічний матеріал висівають газоном на чашку Петрі, підсушують 30—40 хв у термостаті. Потім накладають паперові стандартні диски з антибіотиками — 4—5 дисків на 1 чашку. Після інкубації в термостаті (за температури 37 °С, 18—24 год) визначають результат. Для цього лінійкою вимірюють діаметр зони затримки росту мікробів (ураховуючи діаметр диска) і порівнюють його з даними таблиці. За чутливістю мікроорганізми поділяють на 3 групи: резистентні, помірно резистентні та чутливі.

Побічна дія антибіотиків на макроорганізм:

· алергічні реакції (особливо небезпечні анафілактичний шок і набряк Квінке);

Ads by optAd360

· дисбактеріоз (особливо небезпечний кандидоз);

· пригнічення імунітету,

· тератогенна дія — аномалії розвитку плода спричинюють тетрацикліни, стрептоміцин, левоміцетин та інші антибіотики, тому їх не рекомендується призначати вагітним;

· токсична дія (у разі тривалого використання). Можливі зниження слуху та пошкодження вестибулярного апарату (стрептоміцин), ушкодження органів кровотворення (левоміцетин), ушкодження нирок (цефалоспорини), ушкодження печінки, затримка росту кісток і формування зубів у дітей (тетрацикліни). Тому ці антибіотики не рекомендується призначати дітям;

· порушення генетичного апарату імунної системи;

· ендотоксинові реакції (інколи ендотоксиновий шок). Під дією антибіотика відбувається масове руйнування грамнегативних бактерій, що призводить до виділення в кров великої кількості ендотоксину (ЛПС).

Недоцільно призначати антибіотики при легких формах захворювань, для профілактики ускладнень після хірургічних втручань (за винятком тих випадків, коли інфекція становить небезпеку для життя хворого).

Хіміотерапевтичні препарати — це хімічні речовини, які вибірково порушують розвиток і розмноження мікроорганізмів та пухлинних клітин, не ушкоджуючи при цьому організм людини.

Хіміотерапевтичні препарати поділяють на такі основні групи:

Ads by optAd360

· препарати миш'яку — новарсенол, міарсенол, осарсол (діють на спірохети, найпростіші);

· препарати вісмуту — бійохінол, основний нітрат вісмуту (діють на спірохети, ентеробактерії);

· препарат сурми — солюсурмін (діє на найпростіші);

· препарати ртуті — сулема, каломель, ртутна сіра мазь (антисептичні та протизапальні засоби);

· препарати акридину — риванол, акрицид (антисептики);

· протималярійні препарати — хіноцид, хінгамін та ін.;

· сульфаніламідні препарати — стрептоцид, сульфадиметоксин та ін. (діють на грампозитивні та грамнегативні бактерії, найпростіші, хламідії);

· похідні нітрофурану — фурацилін, фурадонін (діють на грампозитивні бактерії, віруси, найпростіші);

· протитуберкульозні препарати — фтивазид, ізоніазид, ПАСК;

· противірусні препарати — ремантадин, амантадин (проти вірусу грипу), левамізол, керацид (проти вірусу герпесу), азидотимедин (проти ВІЛ);

· протипухлинні препарати — азотисті аналоги іприту, антиметаболіти (можуть виявляти побічну дію на макроорганізм — пригнічують кровотворення, спричинюють мутації).

Література

                Основна

                Люта В.А., Кононов О.В. Мікробіологія: підручник. – К.: Медицина, 2008. – 57-112 с.

                Люта В.А., Кононов О.В. Практикум з мікробіології. – К.: Медицина, 2008.

                Ситник І.О., Климко С.І., Творко М.С. Мікробіологія, вірусологія, імунологія: підручник. – Тернопіль: Укрмедкнига, 1998.

                Додаткова

                Воробьев А.А. и др. Медицинская микробиология, вирусология и иммунология. – М.: Медицинское информационное агенство, 2008.

                Воробьев А.А., Быкова А.С. Атлас по медицинской микробиологии, вирусологии и иммунологии. – М.: Медицинское информационное агенство, 2003.

                Пяткін К.Д., Кривошеїн Ю.С. Мікробіологія з вірусологією та імунологією. – К.: Вища школа, 1992.

                Федорович У.М. Спеціальна мікробіологія. – ч. 1. – Л.: Євро світ, 1998.

                Федорович У.М. Спеціальна мікробіологія. – ч. 2. – Л.: Ахілл, 2001

                Федорович У.М. Спеціальна мікробіологія, ч. 3. – Л.: Сплайн, 2008.