Изучение бактерицидных свойств различных гигиенических средств



Муниципальное общеобразовательное учреждение лицей №23

Кафедра естественных наук

Научно-практическая работа на тему:

Изучение бактерицидных свойств различных гигиенических средств

Ученицы 11м класса: Кахленко Марина

Шахбазян Мила

Руководитель: Родионова М.В.

г.Мытищи

2011 год

Оглавление:

1.

Введение

2.

Основная часть

3.

Среды обитания микроорганизмов

4.

Антагонизм в мире микробов

5.

Бактериофаги и актинофаги

6.

Патогенные микроорганизмы

7.

Практическая часть

8.

Выводы

9.

Список литературы

Изучение бактерицидных свойств различных гигиенических средств.

Введение:

Микроорганизмы — обширная группа преимущественно одноклеточных живых существ, различимых только под микроскопом. В состав микроорганизмов входят как безъядерные (прокариоты: бактерии, археи), так и эукариоты: некоторые грибы, протисты. Изучением микроорганизмов занимается микробиология.

Микроорганизмы широко распространены в природе. В I г почвы или грунта водоёма может содержаться 2—3 млрд. микроорганизмов. Полагают, что современной микробиологии известно не более 10% видов микроорганизмов, существующих в природе: ежегодно описываются всё новые роды и виды микроорганизмов.

В процессе эволюции микроорганизмы адаптировались к самым различным экологическим условиям. Известны бактерии, размножающиеся при 65—75 °С, психрофильные микроорганизмы, растущие при минус 6 °С, галофильные микроорганизмы, бактерии, которые обитают в воде, охлаждающей атомные реакторы, и переносят облучение в 3—4 млн. р, осмофильные дрожжи, живушие в мёде и варенье, ацидофильные бактерии, размножающиеся в кислых средах при pH 1,0, баротолерантные бактерии, выдерживающие давление в несколько сот атм. Необычайная устойчивость микроорганизмов к различным факторам внешней среды позволяет им занимать крайние границы биосферы: их обнаруживают в грунте океана на глубине 11 км, на поверхности ледников и снега в Арктике, Антарктике и высоко в горах, в почве пустынь, в атмосфере на высоте до 20 километров.

И сам человек является носителем миллионов микроорганизмов. Только на коже и слизистых человека их обитают сотни видов! Трудно представить, но по своей численности они во много раз превышают количество собственных клеток нашего организма. Более 60% всего микробного многообразия приходится на желудочно-кишечный тракт, остальное — на дыхательную и мочевыделительную системы. Микроорганизмы, обитающие в желудочно-кишечном тракте, очень важны для человека: они выстилают слизистую внутренних органов, препятствуя проникновению болезнетворных бактерий и развитию инфекционных заболеваний, участвуют в процессе переваривания и всасывания компонентов пищи, микро- и макроэлементов, а также сами вырабатывают витамины и биологически активные вещества. Нормальная микрофлора поддерживает иммунитет человека — она стимулирует иммунокомпетентные клетки и предотвращает развитие пищевой аллергии.

Способность микроорганизмов приспосабливать к самым различным условиям приводит к образованию новых заболеваний, заканчивающихся летальным исходом. Именно поэтому так важно уничтожение патогенных микроорганизмов еще на начальной стадии развития. К числу страшнейших заболеваний относятся гепатиты В и С, СПИД, чума, грипп. Для патогенных микроорганизмов характерна специфичность, то есть способность вызывать определенную инфекционную болезнь. Так, холерный вибрион вызывает холеру, туберкулезные микобактерии — туберкулез.

Дисбактериоз — это состояние, при котором количество патогенных микроорганизмов больше полезных. Довольно часто эти изменения носят временный характер: полезные микроорганизмы сами восстанавливают равновесие. Но если по каким-то причинам этого не происходит, восстанавливать микрофлору приходится с помощью определенных лекарственных препаратов.

Но далеко не все микроорганизмы являются вредным для человека.

Многие микроорганизмы используют в промышленном и сельскохозяйственном производстве. Так, хлебопечение, изготовление кисломолочных продуктов, виноделие, получение витаминов, ферментов, пищевых и кормовых белков, органических кислот и многих веществ, применяемых в сельском хозяйстве, промышленности и медицине, основаны на деятельности разнообразных микроорганизмов. Особенно важно использование микроорганизмов в растениеводстве и животноводстве. От них зависит обогащение почвы азотом, борьба с вредителями сельскохозяйственных культур при помощи микробных препаратов, правильное приготовление и хранение кормов, создание кормового белка, антибиотиков и веществ микробного происхождения для кормления животных. Именно микроорганизмы отвечают за естественную очистку земли и водных ресурсов, а так же обеспечивают процесс разложения умерших животных и людей, благодаря которому образуется перегной.

Основная часть.

Число микроорганизмов огромно, а число их видов превосходит 100 тысяч! Классификация живых существ является одним из наиболее трудных разделов биологической науки. В ней, как в фокусе, концентрируются все наши познания об организмах. Чем глубже и полнее наши сведения об организмах, тем точнее мы их классифицируем. С прогрессом биологической науки совершенствуется и классификация живых существ.

Систематика низших организмов совершенствуется крайне слабо. Объясняется это значительной бедностью морфологических и цитологических признаков у микробов, а также трудностями в изучении филогенеза этих существ.

Эубактерии и родственные им организмы подразделяются на 4 класса:

Eubacteriae (истинные бактерии).

Actinomycetes (актиномицеты) .

Myxobacteriae (миксобактерии).

Spirochaetae (спирохеты).

В класс Eubacteriae (истинные бактерии) входят организмы с неветвящимися клетками и прочными клеточными стенками, имеющими форму мелких тонких палочек, реже кокков, находятся также нитевидные и спиралевидные формы. Часть эубактерий обладает подвижностью, часть — неподвижные. Движение осуществляется при помощи жгутиков простого строения, состоящих из взаимно перевитых фибрилл.

Часть эубактерий способна формировать эндогенно (внутри клеток) термоустойчивые споры, большинство же представлено неспороносными грамотрицательными формами. Размножаются эубактерии делением, некоторые нитчатые бактерии образуют специальные репродуктивные клетки — гонидии.

Класс Eubacteriae объединяет порядки: Eubacteriales (эубактерии), Chlamydobacteriales (хламидобактерии), Ferribacteriales (железобактерии), Thiobacteriales (серобактерии).

В пределах этого класса могут рассматриваться на уровне порядков почкующиеся бактерии (Hyphomicrobiales).

Таблица. Основные систематические группы

EUBACTERIALES. Одноклеточные бактерии шаровидной,палочковидной и спиралевидной формы. Грам отри дательные и трамположительные. Раэммножаются поперечным делением клеток. Большинство подвижные. Жгутики расположены полярно на концах клеток или перитрихиально. Некоторые представители способны образовывать эндогенно термоустойчивые споры. Разнообразны по физиологическим свойствам: автотрофы и гетеротрофы. Очень широко распространены в природе.

1.Ерамотрицательные неспоробразующие палочки с одним жгутиком. Типичные представители порядка. Сильно различаются по физиологическим признакам: гетеротрофизм, паразитизм, облигатная галофилия.)

Pseudonionas, Xanthomonas, :Azotomonas, Acetomonas, Aeromonas, Zymomonas, Acetobacter, Bdellovibrio, Halobacterium

2.Неспороносные грамотрицательные палочки с перитрихиальнм жтутикованием. Некоторые представители неподвижны. етеротрофы. Есть патогенные формы ‘возбудители тифа, дизентирии, чумы. Представители родов Azotobacter, Bejerinckia могут фиксировать атмосферный азот. Некоторые виды размножаются почкованием (Agrobacterium, Tuberoidobacter). Имеются организмы необычной морфологии: Seliberia, Tuberoidobacter

Bacterium, Serratia, Salmonella, Shigella, Erwinia, Aerobacter, Klebsiella, Proteus, Pasteurella, Chromobacterium, Flavobacterium, Fusobacterium, Achromobacter, Alcaligenes, Beneckea, Agarbacterium, Azotobacter, Bejerinckia, Rhizobium, Agrobacterium, Tuberoidobacter, Seliberia, Haemophilus, Bordetella, Moraxella

3.Bacillaceae. Трамположительные и грамотрицательные палочковидные бактерии. Способны формировать термоустойчивые эндоспоры. Аэробы (род Bacillus) и анаэробы (роды

Сlostridium, Desulfotomaculum).

Гетеротрофы

Bacillus, Clostridium,

Desulfotomaculum

4.Spirillaceae. Грамотрицательные бактерии. Клетки имеют вид слабо (вибрионы) или сильно (спириллы) изогнутых палочек с жесткой :клеточной стейкой. Аэробы и :анаэробы. Гетеротрофы. Есть ^возбудители болезней (холера)

Vibrio, Cell vibrio, Cellfalcicola, Microcyclus, Spirosoma, Benobacter, Spirillum, Desulfovibrio, Selenomonas

5.Planococcaceae. Шаровидные Трамположительные подвижные

Planococcus, Planosarcina

Actinosporangium,Intrasporangium

MYCOBACTERIALES. Бактерии, не образующие мицелия. Клетки палочковидные, способны ветвиться. Спор не образуют.

Размножаются простым делением илидроблением

Mycobacteriaceae Характеристика та же, что и для порядка

Mycobacterium, Mycococcus, Propionibacterium, Lactobacterium, Pseudobacterium

COCCALES. Бактерии с кокковидными клетками различных размеров и неправильной конфигурацией. Неподвижные. Спор необразуют. Размножаются делением,перешнуровыванием и почкованием

Соссасеае. Характеристика та же, что и для порядка

Micrococcus, Nitrosococcus, Diplococcus, Neisseria, Streptococcus, Sarcina, Peptostreptococcus, Pediococcus, Leuconostoc, Staphylococcus, ;Gaffkya, Methanococcus, Peptococcus, Veillonella, Aerococcus

ACTINOPLANALES. Прокариотные микроорганизмы, клетки которых способны ветвиться и образовывать мицелий. В процессе развития образуются подвижные клетки — споры или фрагменты нитей мицелия

1. Actinoplanaceae. Актиномицеты, образующие хорошо оформленные спорангии. Внутри спорангиев формируются подвижные споры

Actinoplanes, Spirillospora, Ampullariella, Pilimelia, Kitasatoa

2. Dermatophilaceae. Актиномицеты, формирующие подвижные споры путем дробления нитей мицелия. Образуемые скопления спор имеют неопределенную форму, без резких очертаний

Dermatophilus, Proactinoplanes

3. Planosporaceae. Актиномицеты, формирующие подвижные споры на коротких спороносцах воздушного мицелия. Споры покрываются слизистой капсулой, имитирующей оболочку сумки. Однако спорангии, как таковые, отсутствуют

Planospora, Pianobispora, Sporichtia, Dactylosporangium

MYXOBACTERIALES. Грамотрицательные бактерии. Клетки гибкие, способны к скользящему движению в слизи. Многие образуют слизистые колонии и плодовые тела

1. Promyxobaeteriaceae. Не образуют плодовых тел. Образуют либо не образуют микроцист. Активно разлагают клетчатку

Cytopliaga, Sporocytophaga, Flexibacter

2. Archangiaceae. Колонии не имеют правильной формы. Нет оформленных цист

Archangium, Stelangium

3. Sorangiaceae. Цисты угловатые, собраны в кучу, окруженную общей оболочкой

Sorangium

4. Polyangiaceae. Оформленные цисты с четкими оболочками. Плодовые тела пигментированы, ветвятся

Polyangium, Synangium, Melittangium, Podangium, Chondromyces

5. Мухососсасеае. Палочковидные клетки укорачиваются в цистах, образуют споры

Myxococcus, Chondrococcus, Angiococcus

SPIROCHAETALES. Клетки спирально извиты, змеевидно подвижны, обладают осевой плотной нитью, вокруг которой закручена клетка

Spirochaetaceae. Включает 6 родов, различающихся морфологически, по размерам клетки (мелкиклетки Spirochaeta, гигантские — Cristispira). Есть паразиты (Borrelia)

Spirochaeta, Saprospira, Cristispira, iBorrelia, Treponema, Leptospira

MYCOPLASMATALES. Клетки разнородны по форме, размерам, не имеют клеточных стенок. Гетеротрофы. Паразиты и сапрофиты

1. Mycoplasmataceae. Микоплазмы, не нуждающиеся в стерине

Mycoplasma, Thermomycoplasma

2. Acholepiasmataceae. Стеринзавпсимые микоплазмы

Acholeplasma

Rickettsiales. Мелкие палочковидные и кокковидные грамотрицательные бактерии.

1. Rickettsiaceae. Типичные представители порядка. Паразитируютбактерии. Клеткиодиночные (род IPlanocoecus) или соединены в группы :(род Planosarcina). Гетеротрофы

Rickettsia, Dermacentroxenus, Coxiella

FERRIBACTERIALES. Сборная группа одноклеточных бактерий, обладающих способностью откладывать вокруг клеток соединения железа

Ferribacteriaceae. Клетки образуют слизистые стебельки, на которых откладывается гидратокиси железа. Гетеротрофы

Gallionella, Nevskia, Pasteuria

2. Siderocapsaceae. Клетки образуютслизистую капсулу, иногда капсул нет. Гетеротрофы

Siderocapsa, Sideromonas, Ochrobium, Naumanniella, Siderococcus, Ferrobacillus,

Ferribacterium

HYPHOMICROBIALES. Гетеротрофные грамотридательные неспорообразующие бактерии, клетки которых обладают протоплазматическими выростами — гифами. Размножаются путем образования почек на концах гиф.

Hyphomicrobiaceae. Характеристика та же, что и для порядка

Hyphomicrobium, Pedomicrobium, Ancalomicrobium, Prosthecomicrobium, Blastobacter, Blastocaulis

THIOBACTERIALES. Сборная группа одноклеточных бактерий, которые при окислении сероводорода откладывают внутри клеток капельки серы

Achromatiaceae. Tипич ные представители порядка. Бесцветные одноклеточные бактерии. Аэробы. Гетеротрофы

Achromatium, Thiophysa, Thiosphaerella, Thiovulum

CHLAMYDOBACTERIALES. Нитчатые бактерии. Гетеротрофы. Многие способны откладывать в слизистых чехлах (влагалищах) гидраты окиси железа. Растут в виде нитей. Молодые клетки, выходящие из чехла, подвижны, обладают полярным и субтерминальным жгутиками

Chlamydobacteriaceae. Растут в виде нитей, покрытых слизистой капсулой. Гетеротрофы. Аэробы

Sphaerotilus, Leptotrix, Crenotrix, Thiothrix

СARYOPHANALES. Многоклеточные нитчатые (трихомные) бактерии. Сходны с синезелеными водорослями (цианобактериями), но бесцветны. Нити подвижные и неподвижные. Некоторые виды образуют эндогенные споры

1. Oscillospiraceae. Образуют споры. Трихомы различной длины, состоят из дисковидных клеток. Подвижны, жгутпкование перитрихиальное. Анаэробы

Oscillospira

2. Caryophanaceae. Спор не образуют. Трихомы часто подвижны

Caryophanon

3. Arthromitaceae. Трихомы состоят из цилиндрических клеток. Неподвижны. Споры образуются на дистальных концах трихомов

Arthromitus, Simonsiella

4. Pontotricaceae. Трихомы неподвижны, состоят из цилиндрических клеток. Размножаются гормогониями и одноклеточными гонидиями

Pontothrix

ACTINOMYCETALES. Прокариотные микроорганизмы, клетки которых способны к ветвлению и образованию мицелия. Подвижных клеток не образуют. Очень широко распространены в природе

1. Actinomycetaceae. Типичные представители актиномицетов с хорошо развитым мицелием. Споры формируются путем одновременного расчленения спороносцев на длинные цепочки спор

Actinomyces, Proactinomyces, Chainia, Actmopicnidium

2. Micromonosporaceae. Актиномицеты с хорошо развитым мицелием. Споры формируются путем последовательного отчленения кончика спороносна. Число спор небольшое

Micromonospora, Microbispora, Micropolyspora, Actinobifida, Promicromonospora

Не растут на средах. Облигатныевнутриклеточные паразиты, возбудители болезней человека и животных. Аэробы, содержат цитохромы.

3.Streptosporangiaceae. Актиномицеты с хорошо развитым мицелием. Образуют спорангии, в которых Сформируются множественные спорыв клетках тканей животных и растений

Streptosporangium,

Micrcsporangium,

Amorphosporangium,

Elytrosporangium,

2.Ehrlichiaceae. Паразитируют влейкоцитах

Ehrlichia, Cytoecetes

3.Bartonellaceae. Паразитируют вэритроцитах

Bartouella, Eperythrozoon,Haemobartolpnella, Grahamella

CHLAMYDIALES. Облигатныеэнергетические паразиты, не способныегенерировать АТФ. Анаэробы, не содержатцитохромов. Характеризуются сложнымциклом развития

Chlamydiaceae. Характеристика та же,что и для порядка

Chlamydia

Класс Actinomycetes (актиномицеты) состоит из организмов, обладающих мицелиальными, нитевидными, палочковидными и кокковидными грамположительными клетками. В отличие от бактерий, входящих в другие классы, для типичных представителей актиномицетов (высшие формы) характерно наличие хорошо выраженного ветвящегося септированного или не-септированного мицелия.

Имеются и переходные к типичным актиномицетам низшие формы — микобактерии, мико-кокки и микрококки, для которых характерны ветвление на ранних стадиях развития, образование боковых выростов — рудиментов веток.

Класс актиномицетов подразделяется на порядки: Actinomycetales (актиномицеты, не образующие подвижных клеток), Actinoplanales (актиномицеты с подвижными клетками), Mycobacteriales (микобактерии) и Coccales (кокки).

Класс Myxobacteriae (миксобактерии). Организмы этого класса представлены палочковидными и кокковидными клетками, обладающими, тонкой эластичной (неригидной) клеточной стенкой, благодаря чему они при движении могут изменять свою форму, изгибаться. Жгутиками не обладают. Движение осуществляется по типу скольжения. Миксобактерии способны образовывать микроцисты, а также особые плодовые тела, имеющие самую различную форму.

В класс миксобактерии входит один порядок — Myxobacteriales.

Микроорганизмы распространены повсеместно. Весь земной шар «укутан» в живую пленку, большая доля в которой приходится на микробы. Нет места на нашей планете, где бы не было микроорганизмов. Исключения составляют лишь кратеры действующих вулканов и небольшие площадки в эпицентрах взорванных атомных бомб. Ни сверхнизкие температуры Антарктики, ни кипящие струи гейзеров, ни насыщенные растворы солей в соляных бассейнах, ни сильная инсоляция горных вершин, ни резкие колебания кислотности среды, ни многое другое не мешают существованию и развитию микрофлоры в природных субстратах, правда, в каждом случае разной по составу. Все живые существа — растения, животные и люди — постоянно взаимодействуют с микробами, являясь часто не только их хранилищами, но и распространителями. Еорные породы, вода, иловые осадки и почвы также довольно плотно заселены микроорганизмами. Иначе говоря, микроорганизмы — это типичные обитатели — аборигены нашей планеты. Более того, они являются ее первопоселенцами, активно осваивающими самые неподатливые природные субстраты.

Расселением, изучением структуры и функций особей и сообществ организмов в природной обстановке занята специальная отрасль биологии — экология. Исследование микробного мира находится в сфере экологии микроорганизмов. Основная суть этой науки улавливается даже из самого термина «экология» (от греч. «ойкос» —дом, местообитание). Поэтому экологические исследования микроорганизмов проводятся в «их доме». Ни на каком ином уровне, изучая наследственные свойства микробов, химический состав и тонкое строение клетки, нельзя получить тех сведений, которые добываются при экологических исследованиях.

Среды обитания микроорганизмов

Одной из природных сред обитания микробов являются организмы животных и человека. Прежде всего микробы заселяют кожные покровы, составляя нормальную микрофлору кожи. Кишечник человека также заселен микроорганизмами, не вызывающими заболеваний. Особенно благотворную роль играют молочнокислые бактерии. Мирные взаимоотношения часто нарушаются. Неопасный для человека (и животных) эпибионт (проживающий на поверхности другого организма) проникает в ткани (через раны, царапины), вызывая нагноения. Это свойственно многим неспороносным бактериям, в том числе псевдомонадам.

Совершенно иным субстратом оказывается больной организм человека и животных. Некоторые или многие защитные механизмы и барьеры нарушены, и ослабленный организм становится подобием питательной среды, где развиваются патогенные микробы. Они поражают ткани и органы человека и животных. Даже краткий перечень болезней, вызываемых микробами, заставит любого содрогнуться. Очень мелкие бактерии — риккетсии, внутриклеточныепаразиты — возбудители сыпного тифа. В кровяном русле развиваются пастереллы — возбудители чумы. Холера вызывается вибрионом, поселяющимся в кишечнике. Туда же попадают и развиваются сальмонеллы, приводящие к развитию тяжелых заболеваний типа брюшного тифа. Эпидемический цереброспинальный менингит, опасный своими осложнениями, вызывается мелкими кокками из рода Neisseria — организмами в высшей степени адаптированными к паразитическому образу жизни. Многие кокки являются возбудителями пневмонии, вызывают повреждение клапанов сердца. Дифтерия (коринебактерии), туберкулез и проказа (микобактерии) и многие другие болезни вызваны развитием микроба-возбудителя в среде его обитания — в клетках, тканях и органах человеческого и животного (многие теплокровные животные болеют сходными болезнями) организмов. Тяжелейшие болезни вызываются спорообразующими бактериями, среди них газовая гангрена (Gl. perfringens), столбняк (Gl. tetani), сибирская язва (Вас. anthracis) и др.

Атака микробов — возбудителей болезней на человеческий или животный организм проходит не всегда успешно и требует завоевания микроорганизмами их среды обитания.

Исключительный случай взаимоотношения микробов с другими организмами представляют собой многочисленные примеры симбиоза (взаимополезного сожительства) микроорганизмов и высших организмов, стоящих на разных уровнях организации. Иногда даже трудно определить, является высший организм субстратом и микробы размножаются в нем либо, наоборот, высшие организмы паразитируют на микробах.

Так, например, клубеньковые бактерии образуют на корнях (чаще бобовых) растений наросты, заселенные бактериями (растение — среда для бактерий). С течением времени бактерии разрушаются в клубеньках и растение использует вещества, запасенные микробами (паразитизм растения на бактериях). Подобных примеров можно привести много. В пищеварительном тракте насекомых (лучше изучены муравьи и термиты) имеется свой неповторимый ценоз (ассоциация микробных видов), так как эта крошечная «лаборатория» обеспечивает существование замкнутого микробного мирка в специфических условиях. Нормальное развитие некоторых высших организмов невозможно без содружества с микробами. Известно, что жучки-точильщики (разрушают мебель, древесину) способны питаться древесиной, благодаря тому что целлюлоза перерабатывается в кишечнике их сожителями — бактериями. Питание жвачных животных теснейшим образом связано с активной деятельностью сообщества строгих анаэробов — бактерий в рубце (отделе желудка), где они участвуют в переработке растительных кормов. Клещи, питающиеся кровью высших животных, имеют в своем теле специальный орган, переполненный симбиотическими бактериями, призванными переваривать кровь. Подобными органами обладают все сосущие соки растений насекомые (цикадки). Они имеют в своем теле до пяти разных симбиотических микробов. Удаление симбиотических бактерий может привести к гибели высший организм, так как нарушается обеспечение разными источниками пищи. Так, например, обыкновенный желтый таракан имеет симбиотические дрожжи, которые помогают ему усваивать минеральную серу. Как правило, симбиоз основывается на различиях в обмене веществ обоих компонентов.

В конкретных экологических условиях между разными группами микробов устанавливаются определенные взаимоотношения, характер которых зависит от физиологических особенностей и потребностей совместно развивающихся микробов. Кроме того, микроорганизмы вступают в различного рода взаимоотношения не только между собой, но и с простейшими, высшими растениями и другими группами организмов, составляющих почвенное население.

В основном эти взаимоотношения можно условно подразделить на две большие группы: благоприятные — синергизм и неблагоприятные — антагонизм (рис. 193 и 194). Однако взаимоотношения между микробными сообществами далеко не всегда укладываются в рамки этих подразделений, так как они чрезвычайно сложны, разносторонни и вариабельны. Изменения во взаимоотношениях происходят вследствие изменений окружающих условий существования или в результате перехода микробов из одной стадии развития в другую. Можно отметить следующие формы взаимоотношений между микроорганизмами: сосуществование, метабиоз, симбиоз, конкуренция, хищничество, паразитизм, антагонизм.

Сосуществованием, или нейтрализмом, называется такая форма взаимоотношений, когда организмы, развиваясь совместно, не приносят друг другу ни вреда, ни пользы. Метабиоз — использование продуктов жизнедеятельности одних микробов другими.

Это явление наблюдается, например, при ступенчатом разложении растительных и животных остатков в почве. Симбиоз характеризуется взаимовыгодным влиянием микроорганизмов друг на друга в единой ассоциации (совокупности). Так, классическим примером симбиоза между водорослями и грибами являются лишайники. Тесный симбиоз между этими двумя группами микроорганизмов зашел так далеко, что в процессе эволюции данная микробная ассоциация выделилась в особый морфо-физиологический класс, отличный как от грибов, так и от водорослей. При этом гриб, составляющий основу лишайника, расщепляет питательный субстрат и поставляет необходимые для усвоения вещества водорослям, а водоросли снабжают гриб продуктами фотосинтеза. Конкуренция наблюдается тогда, когда совместно развивающиеся организмы нуждаются в одних и тех же питательных веществах и условиях развития. Хищничество заключается в поглощении клеток одних микроорганизмов другими для использования их в качестве питания. Паразитизм характеризуется тем, что один вид микроорганизма (паразит) поселяется в клетке другого (хозяина) и питается за счет хозяина. Абсолютные (облигатные) паразиты не могут развиваться в отсутствие хозяина. Известны паразитические формы бактерий и плесневых грибов, развивающиеся в клетках или в гифах хозяев. Примером паразитизма В известной мере может также служить явление бактерио и актинофагии. Антагонизм — подавление развития одних форм микробов другими с помощью вырабатываемых ими антимикробных веществ. Этими веществами могут быть: химическиесоединения неспецифического действия (кислоты, спирты, перекиси и др.), которые подавляют рост микробов при высоких концентрациях; антибиотики, обладающие специфичностью действия и проявляющие антимикробные свойства при низких концентрациях.

Антагонизм в мире микробов

Антагонизм широко распространен в природных микробных сообществах, состоящих из бактерий, грибов, актиномицетов. дрожжей, водорослей, простейших и других микроорганизмов. Широкое понятие антагонизма включает и такие формы взаимоотношений, как конкуренция, хищничество, паразитизм. Нас в данном случае интересует антагонизм в узком смысле, т. е. антагонизм, обусловленный образованием антимикробных веществ и, в частности, антибиотиков. Взаимоотношения, обусловленные продукцией любых антимикробных веществ, можно назвать активным или прямым антагонизмом. В отличие от него существует пассивный, или косвенный, антагонизм, при котором подавление одних микроорганизмов происходит за счет изменения другими микробами условий окружающей среды в неблагоприятную для развития сторону. Антагонизм может быть односторонним (микроорганизм подавляет развитие своего конкурента, не реагируя на воздействие соперника) и двусторонним (происходит взаимное угнетение микроорганизмов в сообществе). Существует еще понятие направленного (насильственного), или вынужденного, антагонизма. При этих взаимоотношениях наблюдается образование антимикробных веществ (вероятно, различной природы, обладающих разным механизмом действия) только при совместном выращивании двух различных микроорганизмов, которые в условиях изолированного культивирования этих веществ не образуют. Антагонизм между микроорганизмами можно наблюдать и в лабораторных условиях. Активность продуцентов антибиотиков обычно выражают массой антибиотика, содержащейся в единице объема питательной среды, в которой выращивали продуцент.

Рис. 1. Синергизм у микробов. Вокруг агарового блока с культурой актиномицета видна зона стимуляции роста плесневого гриба.

Термин «антибиотики», или «антибиотические вещества», предложенный в 1942 г. Ваксманом, первоначально обозначал химические соединения, образуемые микроорганизмами, которые обладают способностью подавлять рост и даже разрушать бактерии и другие микроорганизмы. Это определение, как оказалось впоследствии, не совсем точно, так как в число антибиотиков нужно было бы включить вещества микробного происхождения, которые оказывают не специфическое, а общее антисептическое или консервирующее действие на живые клетки. К таким веществам относятся, в частности, спирты, органические кислоты, перекиси, смолы и др. К тому же антибактериальное действие эти соединения оказывают только в относительно высоких концентрациях. К антибиотикам следует относить только такие вещества, которые в незначительных количествах проявляют специфическое (избирательное) действие на отдельные звенья обмена веществ микробной клетки. Позже в тканях высших растений и животных были найдены соединения, способные в малых количествах специфически подавлять рост микробов. Более того, было показано, что некоторые сходные антибиотики (например, цитринин) могут синтезироваться как микробами, так и высшими растениями. Таким образом, круг организмов-продуцентов антибиотических веществ расширился, что также должно было найти отражение в термине «антибиотики». Установление структуры молекул многих антибиотиков позволило осуществить химический синтез ряда этих соединений без участия организмов-продуцентов.

Рис. 2. Пример антагонизма у микробов. Видна зона подавления роста стафилококка вокруг агарового блока с культурой актиномицета.

Дальнейший этап развития химии антибиотиков — изменение (трансформация) молекул этих соединений для получения производных, обладающих рядом преимуществ по сравнению с исходными препаратами. Такое направление исследований объясняется в основном двумя причинами: необходимостью снижения токсичности антибиотиков при сохранении их антибактериального действия; борьбой с инфекционными заболеваниями, вызываемыми устойчивыми к широко применявшимся антибиотикам формами патогенных микроорганизмов. Преимущества производных антибиотиков по сравнению с исходными проявляются также и в изменении растворимости, удлинении срока циркуляции в организме больного и т. д.

Получить производные антибиотиков можно с помощью как химического, так и биологического синтеза. Известен и комбинированный способ получения препаратов. В этом случае ядро молекулы антибиотика формируется при биосинтезе с помощью соответствующих микроорганизмов-продуцентов, а «достройка» молекулы осуществляется методом химического синтеза. Полученные этим способом антибиотики называются полусинтетическими. Так были получены и нашли широкое применение в клинике весьма эффективные полусинтетические пенициллины (метициллин, оксациллин, ампициллин, карбенициллин) и цефалоспорины (цефалотин, цефалоридин) с новыми по сравнению с природными антибиотиками ценными терапевтическими свойствами.

Все эти данные, накопленные в процессе становления и развития науки об антибиотиках, потребовали уточнения термина «антибиотики». В настоящее время антибиотиками следует называть химические соединения, образуемые различными микроорганизмами в процессе их жизнедеятельности, а также производные этих соединений, обладающие способностью в незначительных концентрациях избирательно подавлять рост микроорганизмов или вызывать их гибель. Вполне вероятно, что и эта формулировка с дальнейшим прогрессом антибиотической науки будет уточняться.

В первые годы после открытия антибиотиков их получали с использованием метода поверхностной ферментации. Этот метод заключался в том, что продуцент выращивали на поверхности питательной среды в плоских бутылях (матрацах). Чтобы получить сколько-нибудь заметные количества антибиотика, требовались тысячи матрацев, каждый из которых после слива культуральной жидкости необходимо было мыть, стерилизовать, заполнять свежей средой, засевать продуцентом и инкубировать в термостатах. Малопроизводительный способ поверхностной ферментации (поверхностного биосинтеза) не мог удовлетворить потребностей в антибиотиках. В связи с этим был разработан новый высокопроизводительный метод глубинного культивирования (глубинной ферментации) микроорганизмов — продуцентов антибиотиков. Это позволило в короткий срок создать и развить новую отрасль промышленности, выпускающую антибиотики в больших количествах.

Метод глубинного культивирования отличается от предыдущего тем, что микроорганизмы-продуценты выращивают не на поверхности питательной среды, а во всей ее толще. Выращивание продуцентов ведут в специальных чанах (ферментаторах), емкость которых может превышать 50 м3. Ферментаторы снабжены приспособлениями для продувания воздуха через питательную среду и мешалками. Развитие микроорганизмов-продуцентов в ферментаторах происходит при непрерывном перемешивании питательной среды и подаче кислорода (воздуха). При глубинном выращивании во много раз по сравнению с выращиванием продуцента на поверхности среды увеличивается накопление биомассы (из расчета на единицу объема питательной среды), а значит, и возрастает содержание антибиотика в каждом миллилитре культуральной жидкости, т. е. повышается ее антибиотическая активность.

Производственная схема биосинтеза любых антибиотиков включает следующие основные стадии: ферментацию, выделение антибиотика и его химическую очистку, сушку антибиотика и приготовление лекарственной формы. Для осуществления ферментации — биохимического процесса переработки сырья — необходимо иметь питательную среду (сырье) и микроорганизмы, перерабатывающие это сырье. Питательные среды подбирают с таким расчетом, чтобы они обеспечивали хороший рост и развитие продуцента и способствовали максимально возможному биосинтезу антибиотика.

Поднятию производительности антибиотической промышленности, помимо внедрения в практику глубинной ферментации, в огромной степени способствовало использование для биосинтеза новых высокопроизводительных штаммов-продуцентов. Для их получения были разработаны специальные методы селекции. Вследствие большой вариабельности микроорганизмов-продуцентов и быстрой утраты ими исходных свойств (особенно уровня антибиотической активности) необходимо было разработать методы хранения микроорганизмов-продуцентов и поддержания активности, а также способы приготовления посевного материала для засева огромных объемов питательной среды в ферментерах.

Бактериофаги и актинофаги

Во второй половине прошлого столетия учеными-микробиологами было открыто большинство бактерий, вызывающих заболевания человека, животных и растений. Были разработаны методы выделения этих бактерий и размножения их на искусственных питательных средах.

В то же время микробиологи обратили внимание на ряд инфекционных заболеваний человека и животных (оспа, бешенство, корь, краснуха и др.), а также растений, при которых бактериальные методы выяснения их возбудителей оказались непригодными.

Выходом из тупика, в котором очутилась микробиологическая наука, послужило открытие, сделанное русским ученым Д. И. Ивановским. В 1887 г. он, будучи еще студентом Петербургского университета, поехал на Украину и в Молдавию, где изучал причины мозаичной болезни табака, которая причиняла большой ущерб табачным плантациям южных районов. Свои исследования он проводил в течение нескольких лет и после окончания университета. В результате тщательного изучения этого заболевания Д. И. Ивановский показал, что оно вызывается специфическим возбудителем, состоящим из мельчайших частиц, или корпускул, которые по своим размерам значительно меньше бактерий.

Листья табака, пораженного мозаикой, он растирал в ступке и затем полученную массу фильтровал через специальные бактериальные фильтры, не пропускающие бактерий. Полученная после фильтрации прозрачная жидкость не содержала видимых в обычном микроскопеастиц. Но при нанесении ее на царапины, сделанные на поверхности здоровых листьев табака, растение заболевало мозаичной болезнью. Этот прием можно было повторять много раз.

Результаты исследований Д. И. Ивановского были опубликованы в 1892 г. в книге «О двух болезнях табака». В этой работе впервые в истории микробиологии было показано, что в природе существует особый мир мельчайших возбудителей инфекционных заболеваний. Эти возбудители проходят через бактериальные фильтры, невидимы в обычном микроскопе, не растут на тех средах, которые применяются для выращивания бактерий, и способны размножаться только в организме человека, животных и растений.

Эти мельчайшие организмы получили название фильтрующихся вирусов или вирусов.

Блестящее открытие Д. И. Ивановского ознаменовало новую эпоху в развитии микробиологии и заложило основы новой науки — вирусологии. Открытие первого вируса — возбудителя мозаики табака — было толчком к проведению широких исследований в области вирусологии.

Пользуясь предложенным Д. И. Ивановским методом, ученые стали открывать один за другим вирусы, вызывающие различные заболевания человека, животных и растений. В конце XIX — начале XX в. стало известно, что в природе существуют также вирусы, которые поражают бактерии и при этом вызывают распад (лизис) их клеток. Эти вирусы получили название бактериофагов — «пожирателей бактерий».

Явление лизиса, или распада, микробной клетки было известно давно. Оно может быть вызвано различными физическими и химическими факторами. В ряде случаев распад может происходить на определенном этапе развития микробной клетки как нормальный физиологический процесс ее старения. Однако имеется принципиальное различие между распадом клетки, вызванным бактериофагами, и химическими факторами. В первом случае происходит размножение бактериофага, вызывающего лизис, что не происходит при распаде клетки под влиянием физических и химических факторов.

Одним из первых, кто наблюдал и детально описал явление лизиса у бактерий, был один из основоположников отечественной медицинской микробиологии — И. Ф. Гамалея. В 1896 —1898 гг. появились его работы, посвященные изучению явления лизиса у сибиреязвенной палочки. Фактор, вызвавший лизис этой бактерии, он назвал бактериолизином.



Страницы: 1 | 2 | Весь текст




map