6 курс / Иммунология / Ivanov_I_F_Immunologia

61

лизоцим. Одновременно в чехле высвобождаются ионы Са2+, активизирующие АТФазу,

что вызывает сокращение чехла и вталкивание стержня хвоста через ЦПМ в клетку. Затем вирусная ДНК впрыскивается в цитоплазму (внедрение вирусной ДНК). Поскольку диаметр канала лишь немного превышает диаметр молекулы ДНК (около 20 нм), то ДНК способна попадать в цитоплазму только в форме нити.

Проникнув в клетку, ДНК фага «исчезает»; уже через несколько минут обнаружить вирус не удаётся. В этот, так называемый скрытый период (эклипс) вирус берёт на себя генетическое управление клеткой, осуществляя полный цикл репродукции фага. К его окончанию составляющие фага соединяются в зрелый вирион.

Взаимодействие фага с бактериальной клеткой.

Синтез фаговых белков. В первую очередь синтезируются ферменты, необходимые для образования копий фаговой ДНК. К ним относятся ДНК-полимераза, киназы (для образования нуклеозидтрифосфатов) и тимидилат синтетаза. Они появляются в клетке через 5-7 мин после её заражения. Клеточная РНК-полимераза транскрибирует вирусную ДНК в мРНК, которая транслируется бактериальными рибосомами в «ранние» белки фага,

включая вирусную РНК-полимеразу и белки, способные посредством различных механизмов ограничивать экспрессию бактериальных генов. Вирусная РНК-полимераза осуществляет транскрипцию «поздних» белков (например, белков оболочки и эндолизина), необходимых для сборки фаговых частиц дочернего поколения. Некоторые вирусы расщепляют ДНК клетки-хозяина до нуклеотидов, чтобы использовать их для синтеза собственных нуклеиновых кислот.

62

Репликация нуклеиновых кислот реализуется за счёт активности вновь синтезированных вирусных ДНК-полимераз, производящих множественные копии вирусных нуклеиновых кислот.

Вновь синтезированные белки формируют в цитоплазме пул предшественников,

входящих в состав головок и хвостов дочерних вирусных частиц. Другой пул содержит ДНК потомства. Специальные аффинные области в вирусной ДНК индуцируют объединение предшественников головок вокруг агрегатов нуклеиновой кислоты и образование ДНК-содержащих головок. Заполненная головка затем взаимодействует с хвостовой частью, образуя функциональный фаг. Весь процесс (от адсорбции до появления вновь синтезированных вирусов) занимает около 40 мин. После образования потомства клетка хозяина лизируется, высвобождая дочернюю популяцию. В

разрушении клеточной стенки участвуют различные факторы: фаговый лизоцим,

увеличенное внутриклеточное давление. Такой лизис бактериальной клетки называется

лизисом изнутри (внутренний), но может быть и лизис извне (наружный) –

происходит, когда на клетку адсорбируется сразу очень много бактериофагов, они проделывают многочисленные отверстия в клеточной стенке, через которые содержимое бактериальной клетки вытекает и она гибнет. В этом случае бактериофаг не размножается.

Если фаги вызывают лизис зараженной клетки с выходом в окружающую среду большого количества фаговых частиц, спрособных поражать новые клетки, то такие фаги называют

вирулентными. В некоторых случаях вирулентных свойств фага оказывается недостаточно для разрушения бактерии. Подобные вирусы — умеренные фаги —

претерпевают любопытные превращения, известные как редукция фага. При этом процессе ДНК вируса не вызывает образования вирусспецифических белков и нуклеиновых кислот, но включается в бактериальную хромосому. С практической точки зрения бактерия приобретает новый набор генов (встроенного вируса), а также становится

«иммунной» к повторному заражению (интерференция вирусов). Подобный феномен известен как лизогения, а популяции бактерий — как лизогенные культуры. ДНК умеренного вируса реплицирует синхронно с размножением лизогенной бактерии, а

иногда фаг начинает спонтанно размножаться, а клетка подвергается лизису. Некоторые умеренные фаги не способны образовывать дочерние популяции, то есть являются

дефектными вирусами. Дефектные фаги используют как векторы в генной инженерии.

Вирусная ДНК может длительно сохраняться в бактериальном потомстве. Такие латентные бактериофаги известны как провирусы, или профаги.

63

Пути развития умеренного фага.

• Сохранение способности к инфицированию у умеренного фага зависит от низкомолекулярного белкового репрессора, кодируемого вирусной ДНК и

«выключающего» все вирулентны функции бактериофага.

• Переход умеренного фага на литический цикл развития происходит при нарушениях синтеза белкового репрессора. При этом встроенный в геном бактерии вирус проявляет все свои вирулентные свойства, репродуцируется и лизирует клетки, а также может инфицировать другие бактерии. Переход умеренного бактериофага в литический цикл можно вызвать воздействием на бактерии ряда факторов. Например, если лизогенные культуры подвергнуть УФ-облученик действию или создать в среде избыток некоторых питательных веществ и витаминов, так происходит немедленная стимуляция вирулентных свойств фага — индукция фага.

Ассоциация фаговой ДНК с геномом бактерии способна качественно изменять свойства бактериальной клетки. Иными словами лизогенная бактерия будет вирулентной, тогда как её нелизогенный двойник останется безвредным. У других бактерий присутствие профага вызывает изменение морфологии или антигенных свойств. Такое изменение генетических свойств, вызванное вирусной ДНК, обозначают терми нами «инфекционная

наследственность» или «лизогенная (фаговая) конверсия».

При лизогении происходит изменение наследственных свойств не только бактериальной клетки, но и фага; размножаясь в клетке, он способен захватывать некоторые гены бактерии и, инфицируя другую клетку, передаёт приобретённые гены новому хозяину.

Подобная передача (трансдукция) во многом аналогична генетической рекомбинации у высших растений и животных.

64

Практическое применение фагов.

1.Фаготерапия – лечение с помощью препаратов содержащих фаги возбудителя заболевания.

2.Фагодиагностика – постановка диагноза осуществляется с помощью выделения от больного фага и определение его вида.

3.Фаготипирование – определение вида микроорганизмов по известному бактериофагу.

Вопросы для контроля знаний:

1.Системное положение вирусов. Классификация вирусов по их геному.

2.Строение вирусов. Типы симметрии. Назначение капсида. Понятие о сперкапсиде.

3.Бактериофаг (б.ф.); строение

4.Взаимодействие б.ф с чувствительной микробной клеткой

5.Понятие о вирулентном и умеренном б.ф

6.Специфичность б.ф.

7.Понятие о фаготипировании, фагодиагностике и фаготерапии

65

Лекция 6.

Микроэкология. Роль микроорганизмов в круговороте веществ. Нормальная микрофлора организма человека.

Распространение в природе.

Микрофлора воды. Вода также является естественной средой обитания микроорганизмов. Микрофлора воды чаще всего отражает микробный пейзаж почвы около водоема, постоянно меняется и обновляется, что связано с попаданием различных бактерий с ливневыми, сточными, талыми водами, с пылью, из организма живущих в водоеме рыб, гниющих растений. Микрофлора в пресных и соленых водоемах различна. В

пресных водоемах (озерах, реках) обнаруживаются кокки (Micrococcus roseus и др.) и

палочковидные бактерии (Pseudomonas fluorescens). Анаэробов в воде мало; в основном они размножаются в иле на дне рек, участвуя в биохимических процессах очищения.

Сапрофитные микроорганизмы выполняют роль мусорщиков, расщепляя органические отходы, делая их пригодными для метаболических процессов других живых существ.

Микрофлора морей и океанов не так богата и представлена галофильпыми

(солелюбивыми) микроорганизмами. Вода артезианских скважин почти не содержит микроорганизмов, что объясняется фильтрующей способностью почвы.

Pseudomonas fluorescens — (фото с сайта www.scienceclarified.com

The bacterium Micrococcus roseus

С ливневыми, талыми и сточными водами в реки и озера попадают микроорганизмы — представители нормальной флоры кишечника человека и животных, например, кишечная

66

палочка, энтерококки, различные клостридии. Вместе с ними могут попасть и

патогенные микроорганизмы — брюшнотифозные, дизентерийные бактерии,

холерные вибрионы, вирусы полиомиелита, гепатита, которые сохраняются от нескольких дней до недель. Именно поэтому водный путь передачи является одним из возможных факторов распространения кишечных инфекций.

Возбудитель холеры

Возбудитель брюшного тифа

Микрофлора воздуха. Микрофлору воздуха можно условно разделить на постоянную,

часто встречающуюся, и переменную, представители которой, попадая в воздух из свойственных им мест обитания, недолго сохраняют жизнеспособность. Постоянно в воздухе обнаруживаются пигментообразующие кокки, палочки, дрожжи, грибы,

актиномицеты, спороносные бациллы и клостридии и др., т. е. микроорганизмы,

устойчивые к свету, высыханию.

Стафилококки

67

Стрептококки (на 2-ой картинке - зеленые)

В воздухе крупных городов количество микроорганизмов больше, чем в сельской местности. Над лесами, морями воздух содержит мало микробов. Дождь и снег способствуют очищению воздуха от микробов.

Ввоздухе закрытых помещений микробов значительно больше, чем в открытых воздушных бассейнах, особенно зимой, при недостаточном проветривании. Состав микрофлоры и количество микроорганизмов, обнаруживаемых в 1 м3 воздуха (микробное число воздуха), зависят от санитарно-гигиенического режима, числа находящихся в помещении людей, состояния их здоровья и других условий.

Ввоздух могут попадать и патогенные микроорганизмы от животных, людей (больных и носителей) при разговоре, кашле, чиханье — возбудители дифтерии, коклюша,

скарлатины, туберкулеза, гриппа, кори и других инфекций.

Возбудитель дифтерии

68

Вирус гриппа

При высыхании в капельках слизи и мокроты, которые образуют защитную белковую пленку, жизнеспособность попавших в воздух микробов увеличивается.

Микрофлора почвы. Почва является средой обитания огромного числа мельчайших живых существ: множества видов бактерий, актиномицетов, грибов, простейших,

водорослей, вирусов и др. В 1 г почвы содержится 1—10 млрд. микроорганизмов;

взаимоотношения между ними носят характер как симбиотических, так и антагонистических. Почвенные микробы антагонисты широко применяются в медицинской промышленности при получении антибиотиков.

Качественный состав, количество особей и соотношения между различными группами микроорганизмов изменяются в зависимости от вида почвы, способов ее обработки.

Распределение микробов в почве неравномерно. На глубине 10—50 см микрофлора наиболее обильна. Здесь идет процесс разложения органических веществ с активным участием таких почвенных бактерий, как гнилостные, аммонифицирующие,

нитрифицирующие, азотфиксирующие и др. Небольшой верхний слой почвы (1—2 см)

содержит немного микробов, что объясняется постоянным действием различных физических и химических факторов, вызывающих их гибель. В глубоких слоях почвы микробов мало, на глубине 4— 5 м — ничтожное количество. С выделениями больных животных и человека в почву попадают также патогенные микроорганизмы; часть из них погибает, но многие могут сохраняться длительное время. Поэтому почву рассматривают как путь передачи возбудителей инфекционных заболеваний. В ней обнаруживаются возбудители грибковых заболеваний, возбудители ботулизма,

столбняка, газовой гангрены, сибирской язвы, способные образовывать споры и благодаря этому свойству длительно, иногда десятками лет, сохраняющиеся в почве.

Непродолжительное время в почве могут существовать брюшнотифозные бактерии,

возбудители туляремии, туберкулеза.

69

Возбудитель сибирской язвы

Возбудитель ботулизма

Возбудитель газовой гангрены и пищевых токсикоинфекций

70

Микрофлора человека.

Микрофлора - это набор микроорганизмов, свойственных данному (конкретному) организму.

Организм взрослого человека населен огромным количеством разнообразных видов микроорганизмов, живущих на поверхности тела и в полостях, имеющих естественные сообщения с окружающей средой. Изучая микробный пейзаж тела здорового человека,

можно условно разделить обнаруживаемые микроорганизмы на три группы: 1)

случайные, транзиторные, неспособные к длительному существованию в организме человека, быстро отмирающие; 2) постоянно живущие, полезные для человека микробы

— обитатели его тела (способные расщеплять и усваивать питательные вещества,

продуцировать витамины, выступающие как антагонисты патогенных, например,

бифидобактерии); 3) постоянно живущие, но потенциально опасные для человека,

способные проявить свои болезнетворные свойства при снижении резистентности организма, изменении состава нормальной микрофлоры и других условиях, — так называемые условно-патогенные микроорганизмы.

Макроорганизм и его микробное население в нормальных условиях находятся в состоянии динамического равновесия. Симбиотические взаимоотношения между ними сложились и закрепились в процессе длительного эволюционного развития, поэтому для микрофлоры каждой области тела человека характерно относительное постоянство. Изменения в состоянии макроорганизма находят отражение в изменении микробного пейзажа всех участков тела.

Заселение микробами организма новорожденного начинается в процессе родов: микробы попадают па кожу, в полости; возможно заражение и патогенными микробами (например,

гонококками от больной гонореей матери, которые вызывают у ребенка конъюнктивит— бленнорею). Затем микрофлора формируется под влиянием окружающей среды, в

зависимости от питания и других действующих на растущий организм факторов.

Микрофлора кожи человека включает постоянных обитателей на поверхности

(сарцины, стафилококки, дифтероиды, некоторые виды стрептококков, грибов) и в глубоких слоях — в волосяных мешочках, просветах сальных и потовых желез

(эпидермальные стафилококки). Кроме характерной для кожи аутомикрофлоры, могут быть обнаружены транзиторные микроорганизмы, быстро исчезающие под влиянием бактерицидных, стерилизующих свойств кожи. Большей способностью к самоочищению обладает чисто вымытая кожа. Бактерицидность кожи отражает общую резистентность организма.