Lektsii_mikra
.pdfКлассификацию вирусов впервые предложил в 1962 г. А. Львов.
Вирусы составляют царство Vira, которое делится на два подцарства (отдела) – РНК- и ДНКсодержащие, которые в свою очередь подразделяются на семейства (название + окончание viridae), семейства – на подсемейства (название + virinae), подсемейства – на роды (название + virus), роды – на виды (биноминальное название не применяется), виды – на типы.
По современной классификации имеется более 55 семейств, 19 из них включают вирусы – возбудители заболеваний у человека и животных.
Классификация вирусов:
A.По типу нуклеиновой кислоты:
|
ДНК-содержащие: |
|
РНК-содержащие: |
|
Herpesviridae; |
|
Picornaviridae; |
|
Adenoviridae; |
|
Caliciviridae; |
|
Hepadnaviridae; |
|
Orthomyxoviridae; |
|
Papovaviridae; |
|
Paramyxoviridae; |
|
Poxviridae; |
|
Coronaviridae; |
|
Iridoviridae; |
|
Togaviridae; |
|
Parvoviridae; |
|
Flaviviridae; |
|
|
|
Arenoviridae; |
|
|
|
Bunyaviridae; |
|
|
|
Retroviridae; |
|
|
|
Rhabdoviridae; |
|
|
|
Reoviridae |
B.По размерам:
|
мелкие – 15-50 нм (например, пикорнавирусы); |
|
средние – 50-200 нм (например, вирусы гриппа); |
|
крупные – 200-400 нм (например, вирус натуральной оспы). |
C.По форме:
сферические (например, герпесвирусы, ВИЧ);
нитевидные (например, вирус гриппа);
палочковидные/пулевидные (например, вирус бешенства);
сперматозоидные (например, бактериофаги).
D. |
По организации: |
|
простые («голые» – отсутствует внешняя оболочка); |
|
сложные (наличие внешней липопротеидной оболочки – суперкапсида). |
E. |
По типу симметрии нуклеокапсида (способу укладки белковых субъединиц – |
капсомеров вокруг нуклеиновой кислоты): |
|
|
кубический (например, ВИЧ, вирус клещевого энцефалита); |
спиральный (например, вирусы гриппа и бешенства);
смешанный (например, бактериофаги).
F.По хозяину:
вирусы позвоночных;
вирусы беспозвоночных;
вирусы растений;
вирусы бактерий.
Морфология и химический состав вирионов.
Геном вируса может быть представлен:
двунитевой ДНК;
однонитевой ДНК (только у парвовирусов);
однонитевой РНК;
двунитевой РНК (только у реовирусов). ДНК или РНК могут быть:
непрервными;
фрагментированными/сегментированными (например, у вируса гриппа РНК состоит из 8 фрагментов);
линейной;
кольцевой.
РНК может быть:
позитивной (+РНК) – выполняет функцию иРНК;
негативной (-РНК) – не может выполнять функцию иРНК, а служит матрицей для ее
образования.
Простоорганизованные вирусы состоят из нуклеиновой кислоты и белковой оболочки – капсида, построенной из отдельных белковых субъединиц (одна/несколько молекул белка) – капсомеров. Функции капсида – защитная, рецепторная и антигенная.
Сложноорганизованные вирусы имеют еще и внешнюю липопротеидную оболочку – суперкапсид/пеплос (включает компоненты клеточной мембраны), на поверхности которого находятся гликопротеиновые шипики, способствующие адсорбции вируса на клетке и проникновению внутрь нее. Суперкапсид и капсид связывает белок М (матриксный).
На долю нуклеиновой кислоты приходится до 30% у простоорганизованных вирусов и до 6% –
усложноорганизованных.
Каждая вирусная частица содержит до 60-70% белков.
Особенности вирусных белков – устойчивы к протеолитическим ферментам и способны к самосборке.
Различают две группы вирусных белков:
1. Структурные белки:
внутренние (рибо-/дезоксирибонуклеопротеиды) – гистоноподобные белки, связанные с нуклеиновой кислотой и удерживающие ее в суперсжатом состоянии;
капсидные – образуют оболочку, защищающую нуклеиновую кислоту; суперкапсидные – входят в состав гликопротеиновых шипиков суперкапсида.
2. Функциональные белки – ферменты, участвующие в процессах репродукции вируса и его проникновения в клетку:
По происхождению:
вирионные (ферменты транскрипции и репликации – обратная транскриптаза, эндо- и экзонуклеазы, ДНК- и РНК-полимеразы, АТФ-аза, нейраминидаза);
вирусиндуцированные (структура закодирована в вирусном геноме, но синтезируются
вклетке-хозяина – РНК-полимераза пикорна-, тога, орто- и парамиксовирусов, ДНК-полимераза покс- и герпесвирусов);
клеточномодифицированные (ферменты клетки-хозяина, активированные геномом
вируса).
По функции:
ферменты транскрипции и репликации;
ферменты, участвующие в проникновении вируса в клетку-хозяина (АТФ-аза, нейраминидаза, лизоцим).
Углеводы и липиды содержат только сложноорганизованные вирусы и имеют клеточное происхождение.
На долю углеводов приходится до 10% общей массы вириона, углеводы входят в состав гликопротеиновых шипиков суперкапсида в виде сахарных остатков – сахарозы, фруктозы, маннозы, галактозы, нейраминовой кислоты; обеспечивают сохранение конформации белка и его устойчивость к протеазам.
Липиды (фосфолипиды, холестерин) входят в состав суперкапсида и составляют 15-35% сухой массы вириона; выполняют роль стабилизаторов, обеспечивая целостность структуры вириона.
Взаимодействие вируса с чувствительной клеткой.
Типы взаимодействия вируса с клеткой (формы инфекции):
продуктивный – репродукция вируса с образованием новых вирионов и гибелью
клетки;
абортивный – нарушение репродукции вируса на одном из этапов;
интегративный (вирогения) – встраивание вирусной нуклеиновой кислоты в клеточный геном в виде провируса.
Клетка может быть поражена только одним вирусом – это явление получило название
феномена интерференции.
Стадии взаимодействия вируса с клеткой:
1. Адсорбция вируса на рецепторах чувствительной клетки с помощью прикрепительных белков капсида/гликопротеиновых шипиков суперкапсида – происходит в две фазы:
неспецифическая – электростатическое межмолекулярное притяжение (обратима);
специфическая – комплементарное связывание рецепторов чувствительной клетки и вируса, обусловленное структурной гомологией (необратима).
2.Проникновение вируса в клетку – может происходить несколькими путями:
рецепторный эндоцитоз (виропексис) – впячивание ЦПМ внутрь клетки с захватом вируса и образованием эндосомы с последующим слиянием оболочек вируса и вакуоли;
слияние ЦПМ клетки и оболочки вируса (только сложноустроенные вирусы);
впрыскиванием нуклеиновой кислоты (бактериофаги).
3.Раздевание (депротеинизация) вириона – освобождение нуклеиновой кислоты вируса, начинается сразу же после прикрепления вируса к рецептору клетки и продолжается в эндосоме, а также в цитоплазме клетки.
4.Эклипс-фаза (фаза затемнения) – репликация нуклеиновой кислоты и синтез вирусных белков, протекает в три стадии:
синтез «ранних» белков – ферментов репликации; транскрипция, трансляция и репликация нуклеиновой кислоты; синтез «поздних» белков (капсидных).
Репликация нуклеиновой кислоты, как правило, происходит в ядре, а синтез белков – на рибосомах в цитоплазме, поэтому репродукцию вирусов называют дизъюнктивной/разобщенной.
5.Сборка вириона – вирусные белки и нуклеиновая кислота узнают друг друга и самопроизвольно соединяются, происходит сборка нуклеокапсида на мембранах эндоплазматической сети и аппарате Гольджи.
6.Выход вируса из клетки следующими путями:
|
лизиса (взрыва) клетки (простоустроенные вирусы); |
|
почкованием (экзоцитозом) с захватом части ЦПМ, из которой образуется |
суперкапсид сложноорганизованных вирусов; |
|
|
просачиванием через поры ЦПМ клетки без ее гибели (только очень мелкие |
вирусы). |
|
Наряду с полноценными вирионами в процессе репродукции формируются необычные по структуре и функции вирусные частицы:
Псевдовирионы – это вирионы, содержащие помимо собственной нуклеиновой кислоты и фрагменты нуклеиновой кислоты клетки-хозяина/другого вируса.
Вирусы-мутанты – это вирионы, по структуре и фенотипу отличающиеся от родительского (дикого штамма), но имеющие его генетическую основу. Известно 4 класса вирусов-мутантов:
вирусы с условно-дефектными геномами – имеют мутантные геномы, дефектные при определенных условиях (изменение температуры, смена хозяина и др.);
дефектные интерферирующие частицы (ДИ-частицы) – вирионы, у которых отсутствует часть геномной РНК/ДНК, но сохранены структурные белки;
интеграционные вирусы с дефектным геномом – мутантные вирионы, геномы которых встроены в хромосому клетки-хозяина, потерявшие способность превращаться в полноценный вирус.
вирусы-спутники (сателлиты) – для репродукции необходим вирус-помощник (например, вирус гепатита D репродуцируется только в присутствии вируса гепатита В).
Вирусы-рекомбинанты – это вирусы с геномом, частично замещенным или добавленным участком ДНК другого вируса (обогащают генетический фонд вирусов).
Классификация и морфология бактериофагов.
Бактериофаги – это вирусы бактерий.
Номенклатура бактериофагов основана на видовом наименовании хозяина (стафилококковый, стрептококковый, сальмонеллезный, дизентерийный бактериофаги, коли-бактериофаг и т.п.).
Классификация бактериофагов:
A.По типу нуклеиновой кислоты:
ДНК-содержащие;
РНК-содержащие.
B.По характеру взаимодействия с бактериями:
вирулентные;
умеренные (с полноценным/дефектным геномами).
C. |
По специфичности взаимодействия: |
|
видовые (моновалентные) – лизируют бактерии одного вида; |
|
поливалентные – лизируют бактерии разных видов; |
|
типовые (Т-фаги) – лизируют бактерий разных типов/вариантов (делят бактерии в |
пределах вида на фаговары). |
|
D. |
По морфологии: |
однонитевые РНК/ДНК-содержащие с аналогом отростка;
Т-нечетные фаги (двунитевые ДНК-содержащие):с коротким отростком;
с длинным отростком, но несокращающимся чехлом;
Т-четные фаги (двунитевые ДНК-содержащие) с длинны отростком и сокращающимся
чехлом;
без отростков.
Строение бактериофага на примере Т-четного фага:
Состоит из головки с кубическим типом симметрии размером 65-100 нм и хвоста длиной более 100 нм – полого стержня со спиральным типом симметрии, покрытым сокращающимся чехлом.
Место соединения головки с хвостом называется воротничком. Хвост заканчивается базальной пластинкой с 6 шипиками и 6 фибриллами, о также ферментом лизоцимом (участвует в проникновении бактериофага в клетку).
Репродукция бактериофагов.
По характеру взаимодействия с бактериальной клеткой выделяют:
Вирулентные бактериофаги – взаимодействие с бактериальной клеткой заканчивается образованием фагового потомства и лизисом бактерий – продуктивный тип взаимодействия, который осуществляется по схеме:
адсорбция бактериофага на бактериальной клетке с помощью шипиков базальной
мембраны;
проникновение в клетку (через дефект в клеточной стенке, образовавшийся с помощью лизоцима, сокращением чехла стержень проникает в клетку, нуклеиновая кислота деспирализируется
ив виде нити впрыскивается в цитоплазму клетки); стадия депротеинизации отсутствует;
эклипс-фаза;
сборка фаговых частиц;
лизис клетки.
Умеренные бактериофаги – это фаги, нуклеиновая кислота которых после проникновения в бактериальную клетку интегрируется в геном хозяина и реплицируется синхронно с ним – интегративный тип взаимодействия.
Дефектные бактериофаги – умеренные бактериофаги, утратившие часть своего генома и неспособные к образованию зрелых частиц, осуществляют перенос генов (трансдукцию).
Профаг – фаговая ДНК, интегрированная в геномом хозяина. Бактериальные клетки, содержащие бактериофаг в виде профага, называются лизогенными. Иногда профаг спонтанно или под воздействием мутагенов переходит в состояние вирулентного фага, и начинается продуктивный тип взаимодействия.
Лизогения – процесс встраивания умеренного бактериофага в геном клетки-хозяина в виде профага.
Лизогенная (фаговая) конверсия – это приобретение бактериями новых свойств в результате внедрения в их геном ДНК умеренного бактериофага (например, у дифтерийной палочки синтез токсина детерминируется умеренным бактериофагом).
Практическое применение бактериофагов:
1.Фагодиагностика (фагоиндикация) – выделение бактериофагов из организма больного
иобъектов внешней среды (косвенно свидетельствует о наличии в материале соответствующих бактерий).
2.Фагоидентификация – установления вида (фагодифференцировка) и типа
(фаготипирование) бактерий (важно для эпидемиологического анализа заболевания – установление источника и путей распространения заболевания).
3.Фагопрофилактика – применения бактериофагов с целью предупреждения заболеваний в эпидемическом очаге (например, дизентерийный, сальмонеллезный и стафилококковый бактериофаги).
4. Фаготерапия – применение бактериофагов с целью лечения инфекционных заболеваний (например, пиобактериофаг, брюшнотифозный и холерный бактериофаги).
5.Научные исследования.
6.Генная инженерия – использование бактериофагов в качестве векторов.
Методы лабораторной диагностики вирусных инфекций.
С целью диагностики вирусных инфекций применяются следующие методы:
Вирусоскопический – обнаружение в исследуемом материале вирусов с помощью световой (крупные вирусы, внутриклеточные включения вирусов), люминесцентной и электронной микроскопии;
Вирусологический – выделение вирусов из исследуемого материала с последующей их идентификацией (установление вида и типа вируса посредством серологических реакций);
Серологический – обнаружение в исследуемом материале антигенов вирусов или вирусоспецифических антител;
Биологический – заражение вируссодержащим материалом лабораторных животных;
Молекулярно-биологический – выявление в исследуемом материале нуклеиновых кислот вирусов (ПЦР, ДНК-зонды);
Экспресс-методы – выявление антигенов вирусов в короткие сроки (РИФ);
Аллергологический – выявление ГЗТ к вирусу.
Этапы вирусологического метода исследования:
1.Взятие материала (выбор материала определяется клиническими признаками заболевания, местом размножения вируса в организме и путями его выделения), транспортировка в лабораторию и подготовка к исследованию (для подавления сопутствующей бактериальной флоры обрабатывают антибиотиками).
2.Заражение исследуемым материалом чувствительной модели. Вирусы в отличии от бактерий не растут на питательных средах, т.к. являются абсолютными (облигатными) паразитами, поэтому для их культивирования применяются особые модели:
|
в организме восприимчивых животных; |
|
в куриных эмбрионах (овокультуры); |
|
в культуре клеток. |
3.Культивирование вируса в зараженной модели при стандартных условиях (оптимальная температура, продолжительность культивирования).
4.Индикация (обнаружение) вируса в зараженной модели.
5.Идентификация выделенного вируса в серологических реакциях.
Достоинство вирусологического метода – 100% достоверность.
Культивирование вирусов в организме чувствительных животных – на первом этапе развития вирусологии был единственным методом, доказывающим наличие фильтрующихся агентов в исследуемом материале.
Требования, предъявляемые к лабораторным животным:
животное должно быть чувствительным к данному вирусу;
использование новорожденных/молодых особей;
использование инбридных (беспородных) животных/гнотобионтов (выращены в безмикробной среде);
использование здоровых животных одной линии (одного пола, возраста, веса, содержащихся в одинаковых условиях).
Способ заражения животных определяется тропизмом вируса (способностью репродуцироваться в определенных типах клеток):
нейротропен (например, вирус бешенства) – вводится интрацеребрально;
пневмотропен (например, РС-вирусы) – интраназально;
дерматропен (например, вирус натуральной оспы) – внутрикожно;
пантропен – внутривенно/внутрибрюшинно.
Методы индикации вируса в организме лабораторного животного:
1)клинические симптомы заболевания;
2)гибель животного;
3)патоморфологические изменения органов при вскрытии.
Достоинства – выделение тех вирусов, которые не культивируются в куриных эмбрионах и культурах клеток.
Недостатки – контаминация животных посторонними микроорганизмами.
Культивирование вирусов методом овокультур – заражение вирусами куриных эмбрионов.
Требования, предъявляемые к куриным эмбрионам:
должны быть из эпидемиологически благополучных хозяйств;
скорлупа должна быть чистой, непигментированной, без механических повреждений;
возраст – 5-12 дней (недостаточно противовирусных ингибиторов).
Способы заражения куриных эмбрионов:
закрытый (прокол иглой под контролем овоскопа);
открытый (с удалением части скорлупы).
Исследуемый материал вводят в аллантоисную и амниотические полости, хорионаллантоисную оболочку и желточный мешок. Перед заражением скорлупу над воздушной камерой обрабатывают 70% этиловым спиртом и фломбируют (обжигают на пламени). После заражения отверстие в скорлупе заливают расплавленным парафином. Инкубируют при 35-370С ≈ 48 часов.
Методы индикации вируса в куриных эмбрионах:
1)результаты овоскопии – отсутствие подвижности эмбриона, слабая инъецированность сосудов кровью и отсутствие их пульсации;
2)паталогоанатомические изменения на хорион-аллантоисной оболочке – отечность, кровоизлияния, наличие оспинок (узелков);
3)отставание эмбриона в росте и развитии, пороки развития, гибель;
4)положительная реакция гемагглютинации (РГА) – через 5-10 минут при смешивании аллантоисной жидкости и суспензии эритроцитов (кур, гусей, уток, морских свинок и других животных) на дне лунки полистеролового планшета образуется осадок в виде «перевернутого зонтика» вследствие склеивания эритроцитов под действием вируса (отрицательная РГА – эритроциты не склеиваются и выпадают в осадок в виде «пуговки»).
Достоинства – высокая чувствительность к большому спектру вирусов. Недостатки – обнаружение вируса только после вскрытия эмбриона.
Культивирование вирусов в культурах клеток.
Культура клеток – это клетки многоклеточных организмов (человека, животных), живущие и размножающиеся in vitro. Подразделяются на:
первичные (неперевиваемые);
полуперевиваемые;
перевиваемые.
Первичные (неперевиваемые) культуры клеток – клетки, полученные непосредственно из органов и тканей организма (почек, легких, кожи, тимуса, тестикул эмбриона человека или молодых животных).
Этапы приготовления первичных культур клеток:
выделение органа/ткани;
измельчение и гомогенизация ткани до частиц размером 2-4 мм;
разъединение клеток путем трипсинизации;
внесение в пробирку (флакон, матрас) с питательной средой (среда 199, Игла);
инкубирование в термостате – клетки начинают делиться до покрытия поверхности стекла в один слой и прекращают размножаться (контактное торможение).
Первичные культуры клеток живут ≈ 7-21 день, при пересевах меняют форму и гибнут. Полуперевиваемые культуры клеток – диплоидные клетки человека, выдерживающие до 50-
100 пассажей (после перевивания в новую пробирку со свежей питательной средой вновь начинают размножаться до образования монослоя).
Перевиваемые культуры клеток – это клетки, способные к размножению вне организма неопределенно длительное время (злокачественные/опухолевые клетки с гаплоидным набором хромосом, выдерживающие бесконечное количество пассажей): например, HeLa – клетки рака шейки матки (получены от женщины, умершей в 1956 г.), Нep-2 – клетки карциномы гортани и др.
Методы индикации вируса в культуре клеток:
1)цитопатическое действие (ЦПД) вируса на клетки – дегенеративные морфологические изменения клеток (мелкозернистое перерождение, округление, фрагментация, образование симпластов);
2)образование вирусом специфических внутриклеточных включений;
3)бляшкообразование (феномен Дальбекко) – образование в монослое клеток «стерильных пятен» (бляшек – деструктивные клетки, разрушенные вирусом и неспособные окрашиваться красителем нейтральным красным (количество бляшек соответствует количеству вирусных частиц);
4)цветная проба Солка – сохранение первоначального цвета среды (красного) при наличии вируса, тогда как активные незараженные вирусом клетки метаболизируют и изменяют цвет среды (желтый);
5)РГА с культуральной жидкостью;
6)реакция гемадсорбции (РГадс) – адсорбция эритроцитов на поверхности пораженной вирусом клетки;
7)феномен интерференции (используется для обнаружения вирусов, не оказывающих ЦПД и не вызывающих гемагглютинацию) – в зараженную материалом культуру клеток вносят индикаторный вирус (ВВС – вирус везикулярного стоматита) с известным ЦПД (симпластобразование) – при наличии в культуре клеток исследуемого вируса индикаторный вирус ЦПД не окажет (клетка может поражаться только одним вирусом).
Достоинства – получение максимальной концентрации вируса. Недостатки – не все вирусы культивируются в культуре клеток.
ТЕМА ЛЕКЦИИ: «Биохимия и физиология бактерий.»
Физиология бактерий – раздел микробиологии, изучающий процессы роста, размножения и питания бактерий, способы получения энергии для осуществления этих процессов, а также происходящие при этом превращения веществ в клетке.
Химический состав бактериальной клетки.
Микроорганизмы возникли в процессе эволюции из элементов, широко представленных на Земле. Химический состав бактериальной клетки принципиально не отличается от химического состава клеток животных и растений. Соотношение отдельных химических элементов колеблется в зависимости от вида микроорганизма и условий его роста.
Вода – 75-85% (составляет основную массу микробной клетки, биохимические функции воды аналогичны таковым у эукариотов: часть воды находится в связанном состоянии с белками, углеводами и другими веществами, входя в состав клеточных структур; остальная вода находится в свободном состоянии – служит дисперсной средой для коллоидов и растворителем различных органических и минеральных соединений, с водой все вещества поступают в клетку и выводятся из нее).
Сухое вещество – 15-25%, состоит из органических веществ и минеральных элементов:
органические вещества:
белки – 50-80% (основные компоненты клетки, в бактериальной клетке насчитывается более 2 тыс. различных белков, представлены в виде простых (протеины) и сложных (протеиды) соединений, функции их аналогичны белкам эукариот – входят в состав различных структур клетки, являются строительным материалом и выполняют ферментативные
функции); |
|
|
нуклеиновые кислоты – 10-30% (представлены в виде РНК и ДНК |
– ДНК обеспечивает наследственность и изменчивость бактерий, а РНК ответственны за биосинтез клеточных белков);
углеводы – 12-28% (содержатся в виде моно-, ди- и полисахаридов,
а также связаны с белками и липидами, входят в состав клеточных структур, используются для синтеза различных веществ и в качестве энергетического материала, часто откладываются в виде
запасных питательных веществ); |
|
|
липиды – 3-10%, у некоторых бактерий, например, микобактерий |
– возбудителей туберкулеза и лепры, содержание липидов достигает до 30-40% (представлены в трех фракциях – фосфолипиды, воски и жирные кислоты, являются необходимыми компонентами клеточной стенки и ЦПМ, также используются для синтеза различных веществ).
минеральные вещества – 5-15%, по количественному содержанию у бактерий можно разделить на 4 группы:
макробиогенные элементы (2-60%): азот, водород, кислород, углерод – составляют основу органических веществ, поэтому называются органогенными;
олигобиогенные элементы (0,02-0,1%): калий, натрий, хлор, сера, магний, железо, кальций, фосфор;
микробиогенные элементы (0,01%): цинк, марганец, кобальт, медь, фтор, бром, йод;
ультрамикробиогенные элементы (<0,01%): бор, ванадий, кремний, литий, алюминий, олово, мышьяк, молибден.
Олиго, микро- и ультрамикробные элементы рассматривают как зольные. Минеральные (зольные) вещества играют большую роль в регулировании внутриклеточного осмотического давления и коллоидного состояния цитоплазмы, влияют на скорость и направление биохимических реакций (активаторы ферментов/ко-ферменты), являются стимуляторами роста.
Все перечисленные химические вещества образуют малые и большие молекулы:
малые молекулы:
молекулы-предшественники, поступающие в клетку извне: H2O, CO2, N2, ионы Mg2+, Ca2+, K+, Cl-, NO3-, SO42-, PO42- и другие;
промежуточные молекулы органических кислот;
молекулы строительных блоков: аминокислоты, мононуклеотиды, простые сахара, глицерин, жирные кислоты.
|
большие молекулы (макромолекулы): |
белки;
нуклеиновые кислоты;
полисахариды;
липиды.
У прокариотов имеются новые соединения, не встречающиеся в клетках эукариот: пептидогликан, корд-фактор, дипиколиновая кислота, тейхоевые и липотейхоевые кислоты и т.д.
Пигменты бактерий.
Пигменты бактерий – это специфические фоторецепторные молекулы, вторичные метаболиты, образующиеся на свету и придающие бактериям окраску. (Наличие у бактерий пигментов обычно связано с их способностью существовать за счет энергии света. Некоторые микроорганизмы утратили способность к фотосинтезу, но сохранили пигменты. Способность образовывать пигменты детерминирована генетически и используется в качестве диагностического признака. Образование пигментов зависит от состава среды и условий культивирования. У многих микроорганизмов образование пигмента происходит только на свету. Пигменты различают по химическому составу и цвету.)
Классификация пигментов по химическому составу и цвету:
Химический |
Цвет |
|
Пигментообразующие |
|
состав |
|
|
микроорганизмы |
|
Хиноновые |
Желтый |
|
Микобактерии |
|
Азахиноновые |
Синий |
|
Коринеактерии, |
псевдомоны, |
(индигоидин) |
|
|
артробактерии |
|
Каротиноиды |
Красный, |
оранжевый, |
Сарцины, актиномицеты, стафилококки, |
|
|
желтый, белый |
|
микрококки, коринебактерии, дрожжи |
|
Меланиновые |
Черный, коричневый |
Бактероиды, порфиромоны |
|
|
Пирроловые |
Ярко-красный |
Серрации |
|
|
(продигиозин) |
|
|
|
|
Фенозиновые |
Сине-зеленый (щелочная |
|
|
|
среда) или красный (кислая |
Синегнойная палочка |
|
||
(пиоцианин) |
|
|||
среда) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Пиразиновые |
Темно-красный |
|
|
|
(пульхеррими |
|
|
Кандида |
|
н) |
|
|
|
|
Классификация пигментов по растворимости:
жирорастворимые (каротиноидные, хиноновые, азахиноновые);
водорастворимые (фенозиновые, пиразиновые) – хромопарные (способны диффундировать в окружающую среду и окрашивать не только колонии, но и питательные среды);
спирторастворимые (каротиноидные, пирроловые);
нерастворимые ни в воде, ни в сильных кислотах (меланиновые).
Значение пигментов:
защита от действия видимого света и УФ-лучей;
ассимилируют углекислый газ;
обезвреживают токсичные кислородные радикалы;
участвуют в синтезе витаминов;
обладают антибиотическим действием и свойствами биологически активных веществ;
цвет пигмента используют в идентификации бактерий.
Типы питания бактерий.
Особенности питания бактерий:
экзогенный тип питания (выделяя гидролитические ферменты в окружающую среду, расщепляют макромолекулы до более простых соединений, которые поступают внутрь клетки);
голофитный тип питания (поступление веществ из вне только в растворенном
состоянии);
поступление веществ происходит через всю поверхность бактериальной клетки;
потребление веществ в сутки в 20-30 раз больше своей массы;
интенсивность метаболизма у прокариотов выше, чем у эукариотов на 50-60% (в 100
раз);
очень высокая адаптивность к различным условиям существования.
Для микроорганизмов характерно многообразие способов питания. Классификация
микроорганизмов по типам питания:
1.По источнику углерода:
|
автотрофы=«сами себя питающие» (от греч. autos – сам, trophe – пища) |
способны получать весь углерод в результате фиксации CO2 (единственный источник углерода – СО2 |
|
воздуха); |
|
|
гетеротрофы=«питающиеся за счет других» (от греч. heteros – другой) |
получают углерод из различных органических соединений, эта группа наиболее многочисленна по своему составу, включает паразитов и сапрофитов:
паразиты (паратрофы, от греч. parasitos – нахлебник) используют для своего питания органические соединения живых организмов, обитают на поверхности или внутри макроорганизма, нанося ему вред, подразделяются на:
облигатные паразиты – полностью лишены способности жить вне клеток макроорганизма;
факультативные паразиты – могут существовать и вне макроорганизма;
сапрофиты (метатрофы, от греч. sapros – гнилой, phyton – растение) нуждаются в готовых органических соединениях, поэтому питаются мертвой тканью животных и растений.
2. |
По источнику энергии: |
|
фототрофы (фотосинтезирующие) используют энергию солнечного света; |
|
хемотрофы (хемосинтезирующие) получают энергию за счет окислительно- |
восстановительных реакций. |
|
3. |
По донору электронов: |
литотрофы (от греч. lithos – камень) в качестве источника электронов используют неорганические соединения (H2, NH3, H2S, S и т.д.);
органотрофы используют органические соединения в качестве доноров электронов.
Можно использовать все критерии сразу для характеристики микроорганизмов или только два.
Например, фотоавтолитотрофы – микроскопические водоросли; хемоорганогетеротрофы –
стафилококки, кишечная палочка. Однако, такая классификация не полностью отражает способности микроорганизмов. Многие микроорганизмы обладают «гибким» метаболизмом и могут переключаться в определенных условиях с одного способа питания на другой. Поэтому выделяют термины облигатный и факультативный, так например, облигатному фотоавтотрофу обязательно нужен свет и CO2 как источник углерода, а факультативные фотоавтотрофы могут расти и на органических кислотах.
4.По источнику азота:
аминоавтотрофы используют атмосферный азот и минеральные соединения азота для построения органических соединений (почвенные бактерии);
аминогетеротрофы получают азот для синтеза белков из органических соединений (патогенные бактерии).
5.По способности синтезировать необходимые питательные вещества:
прототрофы – это микроорганизмы, способные синтезировать все необходимые им органические соединения из глюкозы и солей аммония;
ауксотрофы не способны синтезировать некоторые органические соединения, ассимилируя их в готовом виде из окружающей среды или организма хозяина.
Факторы роста – это вещества, необходимые микроорганизмам, не продуцирующим какоелибо вещество, в готовом виде для их роста и размножения:
аминокислоты (стептококки);
пуриновые и пиримидиновые основания (стрептококки, микоплазмы, лактобациллы);
витамины (никотиновая, пантотеновая и фолиевая кислоты, флавин, тиамин, биотин, В6 и В12 – микобактерии туберкулеза);
железопорфирины;
липиды (микоплазмы);
соли.
Механизм поступления веществ в клетку (сложный физико-химический процесс, в котором большую роль играют концентрация веществ, их строение, растворимость, размеры молекул, проницаемость ЦПМ, наличие ферментов, pH среды, изоэлектрическая точка вещества цитоплазмы):
пассивная диффузия – питательные вещества в клетку перемещаются по градиенту концентрации без затрат энергии (когда концентрация вещества снаружи значительно превышает концентрацию внутри); этим путем в бактериальную клетку поступает ограниченное количество веществ – H2O, O2, CO2 и NH3;
облегченная диффузия осуществляется тоже по градиенту концентрации без затрат энергии, но с помощью особых белков-пермеаз, которые находятся в цитоплазматической мембране;
активный транспорт осуществляется пермеазами против градиента концентрации (концентрация вещества в клетке может быть значительно больше, чем в питательной среде), сопровождается затратой энергии;
транслокация (фосфорилирование) – химическая модификация вещества при переносе через ЦПМ с помощью белков-транслоказ; так, например, поступает в клетки глюкоза;
обменная адсорбция – способность электрически заряженной поверхности микробной клетки притягивать вещества с противоположным зарядом.