Лекция по "Биологии"

Для микроорганизмов :

- формирование атипичных форм микробов;

- формирование антибиотикорезистентных  и антибиотикозависимых форм  микроорганизмов.

Биохимические и генетические механизмы лекарственной  устойчивости микроорганизмов.

Существует два типа лекарственной  устойчивости- естественная (природная) и приобретенная (в результате мутаций, обмена R- плазмидами др.).

Естественная  лекарственная устойчивость является видовым признаком, чаще связана с недоступностью антибиотика к его мишени, т.е. невозможностью осуществления его механизма действия. В природных условиях, особенно в почве, микроорганизмы находятся в конкурентной борьбе за субстраты. Антибиотики- один из селективных факторов отбора. Микроорганизмы- продуценты антибиотиков защищены от синтезируемых антибиотиков генетическими механизмами (генетически детерминированная устойчивость, кодируемая в хромосоме или обусловленная наличием R- плазмид). Микроорганизмы в условиях совместного обитания вынуждены вырабатывать устойчивость к антибиотикам.

Резистентность к антибиотикам у микробов может быть связана  с негенетическими факторами (низкая метаболическая активность, переход в L- форму).

Основную роль в лекарственной  устойчивости принадлежит R- плазмидам, способным передаваться в другие бактерии и формировать своеобразный генофонд лекарственной устойчивости микроорганизмов. Резистентность современных стафилококков к пенициллину доходит до 100%.

На биохимическом  уровне в формировании резистентности могут участвовать различные механизмы.

1.Разрушение молекулы  антибиотика (пенициллины и другие  бета- лактамные антибиотики разрушаются  ферментом бета- лактамазой).

2.Модификация структуры  молекулы антибиотика, приводящая  к утрате биологической активности ( так действуют изоферменты).

3.Изменение структуры  мишеней, чувствительных к антибиотику  (белков 70S рибомос- устойчивость  к тетрациклинам, стрептомицину,  макролидам, гираз- к хинолонам,  рнк- полимераз- к рифампицину,  пенициллинсвязывающих белков- транспептидаз-  к бета- лактамам).

4.Образование бактериями "обходного" пути метаболизма.

5.Формирование механизмов  активного выведения антибиотика  из клетки.

Из-за формирования антибиотикоустойчивых популяций  микроорганизмов с целью эффективного лечения необходимо предварительно определять чувствительность данного  антибиотика к выделенной культуре возбудителя.

Основными методами определения антибиотикочувствительности бактерий in vitro является метод серийных разведений, диффузии в агар (бумажных дисков), определение способности к продукции бета- лактамазы, in vivo- на модели безмикробных животных, определение концентрации антибиотиков в крови и моче.

Метод диффузии в  агар с применением стандартных дисков, пропитанных различными антибиотиками в определенных концентрациях (зависят от терапевтической дозы и соотвествуют рекомендациям ВОЗ). Основан на использовании стандартных питательных сред, дисков и методов. Оценка результатов связана с существованием зависимости между размером зоны подавления роста исследуемых культур вокруг дисков и значениями минимальных подавляющих концентраций (МПК)соответствующих антибиотиков (чувствительностью микроорганизмов). Имеются специальные таблицы для оценки результатов, в соответствии с которыми культуры определяют как чувствительные, умеренно устойчивые и устойчивые (резистентные) к тестируемому антибиотику.

Метод серийных разведений антибиотиков позволяет более точно определить МПК, однако из-за громоздкости применяется реже.

Бета- лактамазный  тест (определение способности к образованию бета- лактамаз) чаще определяют методом дисков с нитроцефином -  цефалоспорином, изменяющим окраску дисков при гидролизе. Положительный тест свидетельствует о резистентности бактерий ко всем бета- лактамаза- чувствительным пенициллинам. 

Существует ряд причин, обусловливающих различную чувствительность микроорганизмов к антибиотикам in vitro и  in vivo.

На антимикробную активность in vitro влияют многие факторы, в том  числе :

- рН среды;

- компоненты среды;

- концентрация микроорганизмов;

- условия и время культивирования.

На антимикробную активность препаратов in vivo также влияют различные  факторы, из которых необходимо отметить:

- фармакодинамику препарата  в организме (скорость всасывания, выведения, расщепления и т.д.);

- локализацию микробов  в организме (особенно внутриклеточную  локализацию). 

Лекция № 8. Экология микроорганизмов.

Микроорганизмы распространены повсюду. Они заселяют почву, воду, воздух, растения, организмы животных и людей- экологические среды обитания микробов.

Выделяют свободноживущие  и паразитические микроорганизмы. Всюду, где есть хоть какие- то источники  энергии, углерода, азота, кислорода  и водорода (кирпичиков всего живого), обязательно встречаются микроорганизмы, различающиеся по своим физиологическим потребностям и занимающих свои экологические ниши. Титаническая роль микроорганизмов в круговороте веществ в природе имеет исключительное значение для поддержания динамического равновесия биосферы.

Микроорганизмы в экологических  нишах сосуществуют в виде сложных  ассоциаций- биоценозов с различными типами взаимоотношений, в конечном счете обеспечивающих сосуществование многочисленных видов прокариот и различных царств жизни.

Все типы взаимоотношений  микроорганизмов объединяются понятием симбиоз. Он может быть антогонистическим и синэргическим.

Роль микроорганизмов  в круговороте веществ в природе.

Под круговоротом веществ  в природе понимают циклы превращения  химических элементов, из которых построены  живые существа, происходящие вследствие разнообразия и гибкости метаболизма  микроорганизмов.

Наибольшее значение для  всего живого имеет обмен (кругооборот) углерода, кислорода, водорода, азота, серы, фосфора и железа. Этапы  кругооборота различных химических элементов осуществляется микроорганизмами разных групп. Непрерывное существование  каждой группы зависит от химических превращений элементов, осуществляемых другими группами микроорганизмов. Жизнь на Земле непрерывна, поскольку  все основные элементы жизни подвергаются циклическим превращениям, в значительной степени определяемых микроорганизмами.  

Микрофлора  почвы.

Почва является основным местом обитания микробов. Состав микрофлоры складывается из многих тысяч видов  бактерий, грибов, простейших и вирусов. Количество микробов зависит от состава  почв и ряда других факторов, в одном  грамме пахотной почвы может содержаться  до 10 млрд. микроорганизмов. Среди них сапрофиты ( "гнилое растение"), т.е. микроорганизмы, живущие за счет мертных органических субстратов. В процессе самоочищения почвы и кругооборота веществ принимают участие также нитрифицирующие, азотфиксирующие, денитрифицирующие и другие группы микроорганизмов.

Патогенные микроорганизмы попадают в почву с биовыделениями людей и животных (калом, мочой, мокротой, слюной, гноем, потом и др.), а также  с трупами. Дольше всего в почве  сохраняются спорообразующие патогенные микроорганизмы- возбудители сибирской  язвы, столбняка, газовой гангрены, ботулизма, что определяет эпидемическое  значение почвы при этих инфекциях. Возбудители сапронозов могут автономно обитать в почве и воде и быть связанными с почвенными и водными организмами, т.е. эта природная среда обитания для них- основной резервуар возбудителей. Почва и вода в случае сапронозов выступает в качестве источника заражения животных и людей.

Микрофлора  воды.

Вода- древнейшее место обитания микроорганизмов. Пресноводные водоемы  и реки отличаются богатой микрофлорой. Многие виды галофильных микробов обитает в морской воде, в том числе на глубинах в несколько тысяч метров. Численность микроорганизмов в воде в определенной степени связано с содержанием органических веществ. Серьезной экологической проблемой являются сточные воды, содержащие значительное количество микроорганизмов и органических веществ, не успевающих самоочищаться.

Санитарно- гигиеническое  качество воды оценивается различными способами. Чаще определяют коли- титр и коли- индекс, а также общее количество микроорганизмов в мл. Коли- индекс- количество E.coli (кишечной палочки) в одном литре, коли- титр- наименьшее количество воды, в котором обнаруживается одна клетка кишечной палочки. Санитарно- эпидемиологическое значение определения в различных объектах микроорганизмов изучает санитарная микробиология. К числу ее основных принципов можно отнести индикацию (выявление) патогенов в объектах окружающей среды, к косвенным методам- выявление санитарно- показательных микроорганизмов, определение общей микробной обсемененности.

Вода имеет существенное значение в эпидемиологии кишечных инфекций. Их возбудители могут попадать с испражнениями во внешнюю среду (почву), со сточными водами- в водоемы  и в некоторых случаях- в водопроводную  сеть.