Предмет микробиологии. Роль микробиологии в работе провизора

б) мутационная – обусловлена изменениями в ДНК при воздействии мутагенных факторов,

2. Фенотипическая - возникает под влиянием среды, не влечет изменений в генотипе.

Рекомбинация осуществляется путем трансформации, трансдукции и конъюгации. В этих процессах участвуют клетка-донор (отдает гены), клетка-реципиент (принимает гены).

Трансформация (превращение, преобразование) – изменение свойств бактериальной клетки в результате того, что фрагмент ДНК клетки-донора проникает в геном родственной бактерии. Например, если в среде, окружающей бактерию, находится гомологичная ДНК (от погибшей клетки), она может проникнуть внутрь и вступить в кроссинговер с бактериальной хромосомой, при этом некоторые гены войдут в состав хромосомы и начнут функционировать. Путем трансформации могут быть перенесены различные признаки: устойчивость к антибиотикам, синтез ферментов и др.

Трансдукия – перенос генетического материала от клетки–донора к клетке-реципиенту с помощью фага. При попадании фага в клетку его нуклеиновая кислота встраивается в состав бактериальной хромосомы. При выщеплении фаговой ДНК из хромосомы возможен захват небольшого количества соседствующих генов с последующим переносом в новую бактериальную клетку. Трансдукция способствует формированию бактерий с новыми свойствами, более приспособленными к окружающей среде.

Конъюгация (соединение) – напоминает половой процесс у эукариот - передача генетического материала от клетки к клетке при непосредственном контакте бактерий. Способность к конъюгации связана с наличием полового фактора F (F-плазмида), который контролирует образование половых F-пилей (половые ворсинки). Их роль заключается в сближении с клетками реципиента и образовании цитоплазматического мостика, через который передается информация от донора к реципиенту, т.е. происходит одностороння передача.

Мутации (изменения) – качественные и количественные изменения в молекуле ДНК, передающиеся последующим поколениям. Виды мутаций: спонтанные – возникают без видимых причин, без вмешательства человека (результат ошибки при репликации ДНК), индуцированные – получают искусственно под действием факторов – мутагенов, которые могут быть: физическими (нейтроны, g-лучи, температура), химическими (лекарственные препараты, йод, формалин), биологическими (токсины, вирусы).

По масштабам поражения:

1. хромосомные – у бактерий абсолютно летальны, поэтому не регистрируются.

2. генные: а) делеция, б) инверсия, в) дупликация, г) транслокация (изменение местоположения),

3. точковые – затрагивают 1-2 пары нуклеотидов.

Мутации, присущие только бактериям: 1)диссоциации – возникновение в популяции бактерий особей, отличающихся от исходного типа внешним видом колоний. А также рядом морфологических и биохимических признаков (S и R-колонии), 2) образование L-форм – бактерий, лишенных клеточной стенки. Т.е. это следствие поражения генов, отвечающих за синтез компонентов клеточной стенки.

Мутации могут происходить в виде: модификации (видоизменения) фрагмента, вставки, делеции фрагмента и деформации спирали ДНК. Не все изменения ДНК приводят к мутации. Молекула ДНК способна восстанавливаться. В клетке существует ряд систем антимутагенеза, т.е. ферментных систем, задача которых распознать повреждения ДНК и их восстанавливать (репарация). Репарация заключается в удалении поврежденного участка и замене новым. Значение мутаций: 1) фактор эволюции (возникновение новых видов), 2) получение штаммов микробов, используемых в биотехнологии (получение антибиотиков, вакцин и других БАВ). 3) появление лекарственной устойчивости у микробов.

Фенотипическая изменчивость – изменение формы, размера, биохимических и других свойств микробов, не передающаяся по наследству. Например: стафилококк при росте на питательной среде с добавлением пенициллина теряет способность синтезировать пептидогликан, вследствие чего изменяются размеры, форма, появляется возможность проходить через бактериальные фильтры, т.е. образуются L-формы. При пересеве на обычные питательные среды бактерии переходят в исходную форму, т.е. признак по наследству не передается, но обеспечивает сохранение вида в неблагоприятных условиях. Другим примером фенотипической изменчивости является образование капсул при попадании в макроорганизм.

Особенности генетики вирусов.

Генофонд вирусов создается и пополняется в результате мутаций (спонтанные или индуцированные), результат – гены с новыми функциями.

Генетические взаимодействия у вирусов - рекомбинация – обмен генетическим материалом между вирусами, результат – образование дочерних популяций, сочетающих свойства родительских форм.

Обмен фрагментами генома у РНК-содержащих вирусов. В отличие от рекомбинации происходит обмен крупными блоками наследственного материала при множественном заражении.

Фенотипическое смешивание – возникает при одновременном заражении клетки близкородственными вирусами. Результат: образуются вирионы с капсидами, содержащими капсомеры того и другого вируса.

Фенотипическое маскирование – при множественном заражении, результат – образование нуклеокапсида, состоящего из генома одного вируса и капсида другого. Комплементация – взаимодействие двух дефектных вирусов, приводящее к возможности их репродукции. Результат: дефектные вирусы размножаются, но полученные признаки не наследуются (дочерние клетки сохраняют дефекты обоих геномов), т.е. взаимодействие негенетическое.

Одним из проявлений изменчивости является развитие лекарственной устойчивости у микробов, которая представляет очень большую проблему Устойчивость (резистентность) к лекарственным препаратам (антибиотикам) - способность микробов расти и размножаться в присутствии терапевтических доз противомикробного препарата.

Виды устойчивости:

1. природная – характеризуется отсутствием у микроба мишени действия препарата. Природная резистентность является постоянным видовым признаком. При наличии у бактерий природной устойчивости лекарства не эффективны. Пример – пенициллин не действует на микоплазмы, т. к. у них нет пептидогликана – мишени, на которую этот антибиотик влияет.

2. приобретенная – возникает, когда в популяции микробов появляются устойчивые особи. Существует два вида приобретенной устойчивости:

а) хромосомная – возникновение устойчивости связано с изменением бактериальной хромосомы, например, в результате мутаций. В этом случае обычно возникает устойчивость к одному виду антибиотика. Передается хромосомная устойчивость при всех видах генетического обмена.

б) внехромосомная (плазмидная) устойчивость – связана с наличием R-плазмид – фактора множественной лекарственной резистентности. R-плазмида несет сразу несколько генов, ответственных за устойчивость к нескольким антибиотикам. Она может передаваться от бактерии к бактерии с помощью конъюгации или трансдукции; возможна и межвидовая передача внехромосомной устойчивости.

Роль: снижается эффективность лечения, появляются более вирулентные микробы.

Генная инженерия

        Назад к плану лекции

В 80-е гг.XX века появляется новая наука – генная инженерия – раздел генетики, связанный с созданием несуществующих в природе сочетаний генов. Обмен генетическим материалом (рекомбинация) естественным путем происходит только между организмами одного и того же или близких видов. Обмен генами между представителями разных видов, (а также введение в клетку гена, принадлежащего к другому виду), возможен только при генетической рекомбинации in vitro. Введение чужеродного гена в организм (клетку, группу клеток, вирус) приводит к изменению его свойств и признаков, т.е. к созданию генно-инженерно модифицированного (трансгенного) организма. Воздействия на генотип могут привести к непредсказуемым последствиям для человека, растений, животных. Поэтому необходима нормативная база (законодательство), регулирующая процессы создания генно-инженерных продуктов. Сохраняется много нерешенных вопросов, тем не менее, Россия подписала соглашение о маркировке генно-инженерных продуктов и препаратов. Одним из важных направлений генной инженерии стала генная терапия и диагностика.

Генная терапия – метод лечения заболеваний, основанный на переносе в клетки организма определенных генов. Метод эффективный, но пока находится в стадии изучения. Нет абсолютной уверенности в отсутствии у этого метода отдаленных негативных эффектов. По этой причине использование генной терапии в настоящее время допустимо только в крайних случаях. Гораздо чаще используется генная диагностика – применяется в экспресс-диагностике инфекционных болезней на ранних этапах, когда антитела в организме еще не выработаны (метод гибридизации ДНК). В диагностике инфекционных заболеваний все активнее используются моноклональные антитела, получаемые методами клеточной инженерии. Клеточная инженерия - одно из направлений генетики, занимается изучением гибридом.

Гибридома – гибридная клетка, полученная в результате слияния клетки продуцента (например, В-лимфоцита, синтезирующего антитела) с миеломными клетками (опухолевыми клетками, которые обладают способностью к неограниченному росту и могут культивироваться на питательных средах). При этом гибридомы получают свойства обеих клеток, и продуцируют антитела идентичные по структуре. Эти антитела называются моноклональными. Применение моноклональных антител. Моноклональные антитела широко используются для диагностики: определение гормонов, вирусных или бактериальных антигенов, антигенов группы крови, а также для диагностики некоторых видов рака. Помимо диагностики, моноклональные антитела имеют возможность использования в терапии некоторых заболеваний (профилактика отторжения трансплантата (при пересадке органов), при аутоиммунных болезнях (вырабатываются антитела против собственных тканей и органов), в комплексной химиотерапии рака).

Биотехнология

        Назад к плану лекции

На основе генной и клеточной инженерии возникла новая наука – биотехнология – изучающая производственные процессы с использованием микроорганизмов и различных биологических систем.

Объекты биотехнологии: организмы животных и человека (получение Ig из сывороток вакцинированных лошадей), отдельные органы (получение инсулина из поджелудочной железы КРС), культуры тканей (получение ферментов), ферменты и биохимические системы микроорганизмов (бактерий, дрожжей).

В биотехнологии используют:

1. сами клетки как источник целевого продукта (вирусы или бактерии применяют для получения вакцин, дрожжи – как кормовой белок),

2. макромолекулы, синтезируемые клетками: антитела, антигены, ферменты,

3. первичные метаболиты – низкомолекулярные вещества, необходимые для роста клеток (АМК, витамины, ацетон, спирты, ароматизаторы, усилители вкуса),

4. вторичные метаболиты – низкомолекулярные вещества, продуцируемые клетками в процессе жизнедеятельности, в которых сама клетка не нуждается (антибиотики, токсины, гормоны).

Часто в качестве биологических объектов используют одноклеточные микроорганизмы. Это обусловлено следующими причинами: изученность генетики, возможность направленного создания штаммов с нужными свойствами (штаммы микроорганизмов получают не только отбором случайно возникающих мутаций, но и путем введения плазмид с соответствующими генами), простота культивирования, микробы быстро размножаются и наращивают биомассу, возможность проведения биотехнологического процесса в промышленных масштабах, т.е. доступность сырья, высокий выход продукта, низкая стоимость производства (биосинтез сложных веществ (белков антибиотиков, антител, антигенов) значительно экономичнее и технологически доступнее, чем химический синтез).

В биотехнологии применяют следующие виды микробов:

1. дрожжи – в хлебопечении, пивоварении, виноделии, получении соков, кормового белка, питательных сред;

2. бактерии – ацетобактерии – для получения спирта, бациллы – для получения ферментов, клостридии – для сбраживания сахаров в ацетон, лактобактерии – для получения молочнокислых продуктов, актиномицеты – для получения антибиотиков;