ТЕМА РАЗДЕЛА: • Общая микробиология 1 Введение. Микробиология как наука. Задачи медицинской микробиологии. Основоположники микробиологии. Морфология, физиология и распространение микроорганизмов. ОСНОВНЫЕ ВОПРОСЫ ТЕМЫ • • • • • • • • Микробиология как наука. Задачи медицинской микробиологии. Основоположники микробиологии. Классификация микроорганизмов. Понятия род, вид, штамм, клон. Основные отличия эукариот, прокариот и вирусов. Морфология бактерий. Формы бактериальных клеток. Особенности метаболизма бактерий. Дыхание. Распространение микроорганизмов в природе. Нормальная микрофлора человека и ее значение. 3 • Чтобы достигнуть успеха в деле снижения и ликвидации инфекционных болезней, необходимо хорошо знать экологию и биологию их возбудителей, особенности взаимодействия микроорганизмов с организмом хозяина (человека, животного) и закономерности распространения инфекций. Такие знания позволяют создавать систему мероприятий, направленных на предупреждение возникновения и распространения инфекционных болезней. • Успех этих мероприятий в значительной мере обеспечивается деятельностью среднего медицинского персонала, а качество работы фельдшеров, лаборантов, медицинских сестер зависит от их знаний и подготовки в области медицинской микробиологии. 4 Предмет и задачи микробиологии • Микробиология ((от греч. mikros — малый, bios — жизнь, logos — учение) — наука о малой жизни, объектом изучения которой являются микроорганизмы) — раздел биологии, изучающий закономерности жизни и развития микроорганизмов в их единстве с окружающей средой. 5 • Эта наука изучает свойства микроорганизмов, а также процессы, которые они вызывают в макроорганизме (в частности, в организме человека) и различных объектах окружающей среды. • Микроорганизмы окружают нас повсюду. Они живут в почве, воде, организме человека и животных. С помощью одних микроорганизмов происходит круговорот веществ в природе — очищение окружающей среды (гниющие органические отбросы под влиянием микроорганизмов превращаются в неорганические вещества, которые усваиваются растениями); другие вызывают заболевания человека и животных. 6 Интересно знать: • Их общая масса на планете примерно в 25 раз превышает массу всех животных. • Встречаются они повсеместно, кроме кратеров вулканов и эпицентра ядерного взрыва. В 1 м3 воздуха содержится от нескольких микробных клеток до десятков тысяч. • Очень много их на коже человека, а при одном акте чихания выделяется до 150 тысяч живых бактерий. 7 • В зависимости от степени загрязнения число бактерий в 1 см3 воды колеблется от десятков и сотен до 1 млн. и более. Кроме того, она является вместилищем и для болезнетворных микроорганизмов. Например, холерный вибрион может сохраняться в воде до 3 месяцев. В морской воде также содержатся микроорганизмы. • Огромное количество микроорганизмов находится в почве, где их содержание достигает 3000 млн. в 1 г. В почве они могут существовать довольно долго. Например, в теле мамонтов, вымерших 15–16 тыс. лет назад, обнаружены живые бактерии. Особенно устойчивы споры бактерий. Они могут в течение 1 ч выдержать температуру 160–170 °С, а также и –253 °С [5]. 8 • Значение микроорганизмов в природе и жизни человека велико. С их помощью получают различные кислоты, спирты, витамины, гормоны, ферменты, антибиотики и др.; используют в хлебопечении, при производстве пива, вина, кисломолочных продуктов, сыра и др.; получают белок (дрожжи, цианобактерии). • Микроорганизмы участвуют в почвообразовательных процессах, формируют полезные ископаемые (нефть, залежи железа, серы, марганца), фиксируют азот. 9 Микробиология(МБ) рассматривает широкий круг вопросов и подразделяется на ряд дисциплин: МБ Медицинская Общая Частная Общая Общая микробиология изучает строение и жизнедеятельность микроорганизмов, их распространение в природе, наследственность и изменчивость. . Медицинская микробиология изучает микроорганизмы, вызывающие заболевания человека, и процессы, происходящие в организме при внедрении болезнетворных микроорганизмов. Общая медицинская микробиология рассматривает свойства микроорганизмов и их взаимодействие с организмом хозяина. Частная медицинская микробиология характеризует возбудителей отдельных болезней и методы их лабораторной диагностики. 11 В настоящее время из медицинской микробиологии выделены: 12 •Вирусология - наука о вирусах; •Микология - изучает грибы; •Иммунология - рассматривает защит ные происходящие в организме; процессы, •Протозоология - изучает прост ейших; •Космическая м.б. - изучает влияние космических условий на микроорганизмы и изменение микробной флоры человека в космосе; •Ветеринарная м.б. - изучает микроорганизмы, вызывающие заболевания живот ных; •Промышленная м.б. - изучает микроорганизмы, которые используют в производстве пищевых продукт ов, ант ибиот иков и других лекарст венных вещест в, создает способы защиты пищевых продуктов и различных материалов от вредного воздействия микроорганизмов; 13 • Агромикробиология - изучает микроорганизмы, играющие роль в формировании почвенных структур, повышении плодородия почв, создании бактериальных удобрений • Водная — изучает микроорганизмы в водной обст ановке, занимается очисткой питьевых и сточных вод, исследует коррозию водных сооружений; • Геологическая — изучает микроорганизмы, обитающие в различных геологических разрезах, участие микроорганизмов в образовании и разрушении горных пород, нефти и газа; 10 История микробиологии. • 1. Зарождение микробиологии. • 2. Описательный (морфологический) период: кон.17 в.– сер. 19в. • 3. Физиологический период (пастеровский): II пол. 19 в. • 4.Современная микробиология. 15 1. Зарождение микробиологии. • Микроорганизмы были открыты в конце 17 века, но деятельность их и даже практическое применение известны значительно ранее. Например, продукты спиртового, молочнокислого, уксуснокислого брожений приготавливались и использовались в самые древние времена. 16 • Если считать, что микробиология возникла в тот момент, когда человек увидел первые микроорганизмы, то мы можем совершенно точно указать «день рождения» микробиологии и имя первооткрывателя. Человек этот – голландец Антони ван Левенгук (1632-1723), мануфактурщик из Дельфта. Заинтересовавшись строением льняного волокна, он отшлифовал для себя несколько грубых линз. Позднее Левенгук увлекся этой тонкой и кропотливой работой и достиг большого совершенства в деле изготовления линз, названных им «микроскопиями». По внешней форме это были одинарные двояковыпуклые стекла, оправленные в серебро или латунь, однако по своим оптическим свойствам линзы Левенгука, дававшие увеличение в 200 – 270 раз, не знали себе равных. 17 • Открытия Левенгука были настолько неожиданными и даже фантастическими, что на протяжении почти 50 последующих лет вызывали всеобщее изумление. Будучи в Голландии в 1698 г., Петр I посетил Левенгука и беседовал с ним. Из этой поездки Петр I привез в Россию микроскоп, а позднее, в 1716 г., в мастерских при его дворе были изготовлены первые отечественные микроскопы. 18 2. Описательный (морфологический) период: кон.17 в.– сер. 19в. • В том, что инфекционные болезни вызываются живыми микроскопическими существами, был глубоко убежден русский врач-эпидемиолог Д.С.Самойлович (1744-1805), пытавшийся под микроскопом обнаружить возбудителя чумы. Это ему не удалось из-за несовершенства микроскопов и микроскопической техники. Однако разработанные Д.С.Самойловичем в соответствии с его идеей меры по дезинфекции и изоляции больных оказались весьма эффективными в борьбе с эпидемиями и получили широкую известность во всем мире. 19 • Стоит упомянуть, что современник Д.Самойловича М.Тереховский (17401796) – первый русский протистологэкспериментатор установил живую природу простейших и в 1775 г. впервые в мире применил к микроорганизмам экспериментальный метод исследования, определяя влияние температуры, электрических разрядов, сулемы, опия, кислот и щелочей на их жизнеспособность. 20 • В 1846 г. немецкий анатом Ф.Генле (1809-1885) в книге «Руководство по рациональной патологии» четко определил основные положения для распознавания инфекционных заболеваний. Позднее идеи Ф.Генле, сформулированные в общей форме (самому Ф.Генле не удалось увидеть ни одного возбудителя инфекционных заболеваний человека), были экспериментально обоснованы Р.Кохом и вошли в науку под названием «триада Генле-Коха». 21 3. Физиологический период (пастеровский): II пол. 19 в. • Начало физиологического периода относится к 60-м годам 19 в. и связано с деятельностью выдающегося французского ученого, химика по специальности, Луи Пастера (1822-1895). Микробиология обязана Пастеру не только своим бурным развитием, но и становлением как науки. С именем Пастера связаны наиболее крупные открытия, принесшие ему мировую известность: брожение (1857), самопроизвольное зарождение (1860), болезни вина и пива (1865), болезни шелковичных червей (1868), инфекция и вакцины (1881), бешенство (1885). 22 • Одним из основоположников медицинской микробиологии наряду с Пастером явился немецкий микробиолог Р.Кох (1843-1910), занимавшийся изучением возбудителей инфекционных заболеваний. Свои исследования Кох начал, еще будучи сельским врачом, с изучения сибирской язвы и в 1877 г. опубликовал работу, посвященную возбудителю этого заболевания – Bacillus anthracis. Вслед за этим внимание Коха привлекла другая тяжелая и широко распространенная болезнь того времени – туберкулез. В 1882 г. Кох сообщил об открытии возбудителя туберкулеза, который в его честь был назван «палочкой Коха». (В 1905 г. за исследование туберкулеза Коху была присуждена Нобелевская премия.) Коху принадлежит также открытие в 1883 г. возбудителя холеры. 23 Вклад русских ученых в микробиологию. • Родоначальником русской микробиологии является Л.Ценковский (1822-1887). Объектом его исследований были микроскопические простейшие, водоросли, грибы. Он открыл и описал большое число простейших, изучал их морфологию и циклы развития. Это позволило ему сделать вывод об отсутствии резкой границы между миром растений и животных. Им также была организована одна из первых Пастеровских станций в России и предложена вакцина против сибирской язвы («живая вакцина Ценковского»). 24 • С именем И. Мечникова (1845-1916) связано развитие нового направления в микробиологии – иммунологии. Впервые в науке Мечниковым была разработана и экспериментально подтверждена биологическая теория иммунитета, вошедшая в историю как фагоцитарная теория Мечникова. • Развивая далее поднятые вопросы, Мечников сформулировал общую теорию воспаления как защитную реакцию организма и создал новое направление в иммунологии – учение об антигенной специфичности. 25 • К числу важнейших работ Мечникова в области медицинской микробиологии относятся исследования патогенеза холеры и биологии холероподобных вибрионов, сифилиса, туберкулеза, возвратного тифа. Мечников является основоположником учения о микробном антагонизме, послужившем основой для развития науки об антибиотикотерапии. Идея о микробном антагонизме была использована Мечниковым при разработке проблемы долголетия. Изучая явление старения организма, Мечников пришел к заключению. Что важнейшей причиной его является хроническое отравление организма продуктами гниения, вырабатываемыми в толстом кишечнике гнилостными бактериями. 26 • Таким образом, И.И.Мечников – выдающийся русский биолог, сочетавший качества экспериментатора, педагога и пропагандиста научных знаний, был человеком великого духа и труда, высшей наградой которого явилось присвоение ему в 1909 г. Нобелевской премии за исследования по фагоцитозу. 27 • К числу выдающихся отечественных ученых, внесших огромный вклад в микробиологию инфекционных болезней, относится и Даниил Кириллович Заболотный (1866-1920). Он по праву считается основоположником эпидемиологии. • С.Н.Виноградского, В.Л.Омелянского, Б.Л.Исаченко, Д.И.Ивановского, Г.А.Надсона, явившихся основоположниками тех или иных направлений в общей микробиологии. • Большой вклад в развитие отечественной и мировой микробиологии внес Д.И.Ивановский (1864-1920), открывший в 1892 г. вирусы растений и тем самым заложивши основу новой науки – вирусологии. 28 4.Современная микробиология. • С 20-х годов прошлого столетия интенсивно начала разрабатываться проблема изменчивости микроорганизмов. Ведущую роль здесь сыграли исследования Г.А.Надсона (1867-1940). В 1925 г. • Постановкой этой проблемы, имеющей общебиологическое значение, мы обязаны двум крупнейшим микробиологам А.Клюйверу (1888-1956) и К. ван Нилю. • 29 • Явления трансформации, открытого в 1928 г. Ф.Гриффитом. • В 1931 г. Х.Даусон, Дж.Аллоуэй повторили опыт Гриффита in vitro. Опираясь на эти опыты, О.Айвери, К.МакЛеод и М.МакКарти в 1944 г. систематически изучили роль разных веществ клетки в явлениях трансформации. Было показано, что полисахариды оболочки пневмококков не дают явления трансформации, То же оказалось для белков клетки. Трансформацию давали молекулы ДНК с высоким молекулярным весом. Позднее была открыта трансформация и на других видах бактерий, что доказало единство системы передачи генетической информации у бактерий. 30 • Таким образом хотелось бы особо подчеркнуть роль исследователей, работы которых имели этапное значение не только для развития микробиологии, но и для биологии в целом: А.ван Левенгук – открытие микромира, Л.Пастер – выяснение роли микроорганизмов в природе, С.Виноградский и М.Бейеринк – утверждение многообразия форм жизни в микромире, Клюйвер и К. ван Ниль – доказательство биохимического единства жизни. 31 Классификация микроорганизмов. Основные отличия эукариот, прокариот и вирусов. • Микроорганизмы (от лат. micros — малый) — организмы, невидимые невооруженным глазом. Микроорганизмы бактерии вирусы простейшие спирохеты грибы 32 Основными ступенями всех классификаций являются: Царство Отдел Класс (группа) Порядок Семейст во Род Вид 33 • Главной классификационной категорией является вид. • Микроорганизмы относятся к царству прокариот, представители которых, в отличие от эукариот, не обладают оформленным ядром. • Вид - совокупность организмов, имеющих общее происхождение, сходные морфологические и физиологические, признаки и обмен веществ. 34 • Внутри вида существуют варианты: o морфоварианты отличаются по морфологии, o биоварианты — по биологическим свойствам, o хемоварианты —по ферментативной активности, o сероварианты—по антигенной структуре, o фаговарианты — по чувствительности к фагам. 35 • Для обозначения микроорганизмов принята общебиологическая бинарная или биноминальная (двойная) номенклатура, введенная К. Линнеем. • Первое название обозначает род и пишется с прописной буквы. • Второе название обозначает вид и пишется со строчной буквы. Например, Staphylococcus aureus — стафилококк золотистый. 36 КРАТКИЙ СЛОВАРЬ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИХ ТЕРМИНОВ • Прокариоты—одноклеточные организмы, обладающие одной (обычно кольцеобразной) нитью ДНК, не имеющие ограниченного ядра и митохондрий. • Эукариоты — организмы, имеющие оформленное ядро и хромосомы. • Чистая культура микроорганизмов—культура, содержащая микроорганизмы одного вида. • Клон — генетически однородная популяция микроорганизмов, полученная из одной микробной клетки при прямой ее изоляции. • Колония—обособленное скопление микроорганизмов на плотной среде. • Штамм — чистая культура микроорганизмов, выделенная из определенного источника в определенное время. 37 Морфология бактерий. • Под общим понятием «бактерии» описано свыше 1600 видов микроорганизмов прокариот, не имеющих настоящего сложноорганизованного ядра. Большинство представителей бактерий — одноклеточные организмы, различающиеся размерами и физиологическими свойствами. По форме все бактерии можно разделить на шаровидные (или кокки), палочковидные, извитые и нитчатые. Из почвы выделены также бактерии, имеющие довольно своеобразную форму. 38 С основными формами бактерий можно познакомиться на примере следующих представителей (рис. 1) • а — шаровидные бактерии: 1—стафилококки 2— стрептококки 3 — пневмококки 4 — менингококки и гонококки • б — палочковидные бактерии: 1—кишечные палочки 2 — возбудитель дифтерии 3— возбудитель туберкулеза 4 — возбудитель столбняка 5 — холерный вибрион • в—-спирохета: 1—бледная трепонема; 2 — спирохета возвратного тифа; 3 — лептоспиры. 39 • Шаровидные бактерии — кокки (от греч. kokkos — зерно, шарик). Они делятся на следующие группы. 1. Стафилококки( от лат. Staphyle – гроздь) – клетки делятся в различных плоскостях образуя скопления в виде грозди винограда. 2. Стрептококки (от греч. streptos — цепь) — шаровидные бактерии, образующие в результате деления клеток в одной плоскости разнообразной длины цепочки. К роду стрептококков относятся в основном патогенные бактерии. 40 3. Микрококки (от лат. micro — маленький). В природе встречаются в виде одиночных шаровидных клеток. 4. Диплококки (от греч. diploos — двойной) — шаровидные бактерии, соединенные по двое. Клетки в одной плоскости и затем располагаются попарно (пневмококки, гонококки, менингококки) 5. Тетракокки - (от лат. Tetra – четыре) - деления клеток в двух взаимно перпендикулярных плоскостях и располагаются по четыре. 6. Сарцины (от лат. sarceo — соединяю) — шаровидные бактерии, группирующиеся по 8 клеток. Располагаются в виде куба, с каждой стороны которого по 4 клетки. Такая форма возникает в результате деления клетки в трех взаимно перпендикулярных плоскостях. 41 • Палочковидные бактерии. К ним относят формы, образующие споры (роды Bacillus, Clostridium и др.) и не образующие их (роды Pseudomonas, Achromobacter, Lactobacillus и др.). • Нитчатые формы. Представляют собой цепочки цилиндрических клеток, часто окруженные общим влагалищем, или чехлом. Нитчатые бактерии распространены в илах, почве и водоемах, особенно с высоким содержанием железа. В водоемах эти бактерии часто образуют охристые осадки. 42 • Извитые формы. Среди бактерий данной группы выделяют следующие формы. 1. Вибрионы (от лат. vibrare — извиваться, дрожать) — слегка изогнутые клетки: изгиб их меньше половины окружности. 2. Спириллы (от лат. spiro — штопор). В отличие от вибрионов их клетки более длинные, толстые и извитые: извитость или равна, или больше половины окружности. Спириллы могут иметь один завиток в виде русской буквы С, два завитка в виде латинской буквы S или несколько — в виде спирали. 43 3. Спирохеты — длинные и тонкие клетки с большим количеством мелких, но крутых завитков; длина клеток превышает их толщину в 5—200 раз. • Для ознакомления со спирохетами следует приготовить фиксированный крашеный препарат зубного налета. Особенно удачны препараты соскоба из кариесного (гнилого) зуба. Зубные спирохеты чрезвычайно тонкие, почти волосовидные, короткие (всего 2—3 завитка). 44 Рис. 2. Форма бактерий: • шаровидная: а - микрококки, 6 — диплококки, в — тетракокки, сарцины, г — стрептококки; • палочковидная: д — не образующие спор, е, ж, з — спорообразующие: е — бациллярный, ж — клостридиальный, з — плектридиальный типы спорообразования; • извитая: и — вибрионы, к — сардина 45 Физиология микроорганизмов • Физиология изучает жизненные функции микроорганизмов: питание, дыхание, рост и размножение. В основе физиологических функций лежит непрерывный обмен веществ (метаболизм). 46 Сущность обмена веществ составляют два противоположных и вместе с тем взаимосвязанных процесса: ассимиляция (анаболизм) и диссимиляция (катаболизм). • Ассимиляция В процессе ассимиляции происходит усвоение питательных веществ и использование их для синтеза клеточных структур. • Диссимиляция При процессах диссимиляции питательные вещества разлагаются и окисляются, при этом выделяется энергия, необходимая для жизни микробной клетки. 47 Питание бактерий. • Процессы питания микроорганизмов имеет ряд особенност ей: 1. поступление питательных веществ происходит через всю поверхность клетки; 2. микробная клетка обладает исключительной быстрой метаболических реакций; 3. микроорганизмы способны довольно быстро адаптироваться к изменяющимся условиям среды обитания. 48 Типы питания • Определяются по характеру усвоения углерода и азота. Источником других органогенов -водорода и кислорода служит вода. • Вода необходима микроорганизмам и для растворения питательных веществ, так как они могут проникать в клетку только в растворенном виде. 49 По усвоению углерода микроорганизмы делят на: Автотрофы или литотрофами (от греч.autos-сам, tropheпитание) Гетеротрофы или органотрофами (от греч. heteros-другой ,tropheпитание) А) Сапрофиты (от греч. sapros-гнилой, phytonрастение) По способности усваивать азот микроорганизмы делятся на : По источникам энергии на: Аминоавтотрофы - для синтеза белка клетки используют молекулярный азот воздуха (клубеньковые бактерии, азотобактерии) или усваивают его из аммонийных солей. Аминогетеротрофы - получают азот из органических соединений-аминокислот, сложных белков. К ним относят все патогенные микроорганизмы и большинство сапрофитов. Фототрофы, использующие для биосинтетических реакций энергию солнечного света (пурпурные серобактерии) Хемотрофы, которые получают энергию за счет окисления неорганических веществ (нитрифицирующие бактерии и др.) и органических соединений (большинство бактерий в том числе и патогенные для человека виды). Б) Паразиты (от греч. parasitos-нахлебник) 50 Транспорт питательных веществ. • Питательные вещества могут проникать в цитоплазму микробных клеток только в виде небольших молекул и в растворенном виде. Пассивная диффузия • т.е. перемещение веществ через толщу мембраны, в результате чего выравниваются концентрации веществ и осмотическое давление по обе стороны оболочки. Облегченная диффузия • проникновение питательных веществ с помощью активного переноса их особыми молекулами - переносчиками, называемыми пермеазами. Активный транспорт • питательных веществ осуществляется также с помощью пермеаз, но этот процесс требует затраты энергии. 51 Ферменты и их роль в обмене веществ. • Ферменты - это вещества белковой природы, вырабатываемые живой клеткой. Они являются биологическими катализаторами и играют важную роль в обмене веществ микроорганизмов. 52 Дыхание бактерий. • Дыхание (или биологические окисления) микроорганизмов представляет собой совокупность биохимических процессов, в результате которых освобождается энергия, необходимая для жизнедеятельности микробных клеток. 53 Типы дыхания Облигатные (строгие) аэробы Облигатные анаэробы Факультативные (необязательные) анаэробы • микобактерии туберкулеза и др.) живут и развиваются при свободном доступе кислорода, т. е. реакции окисления осуществляются у них при участии молекулярного кислорода с высвобождением большого количества энергии. • (клостридии столбняка, ботулизма и др.) способны жить и размножаться только в отсутствие свободного кислорода воздуха. Дыхание у анаэробов происходит путем ферментации субстрата с образованием небольшого количества энергии. • могут размножаться как при наличии молекулярного кислорода, так и при отсутствии его. К ним относят большинство патогенных и сапрофитных бактерий. 54 Рост и размножение бактерий. • Рост Размножение увеличение размеров отдельной особи и упорядочное воспроизведение всех клеточных компонентов и структур. • способность микроорганизмов к самовоспроизведению, в результате чего увеличивается число особей в популяции. Основной способ размножения у бактерий поперечное деление. 55 ЗАКРЕПЛЕНИЕ ПРОЙДЕННОГО МАТЕРИАЛА: • Расскажите о классификации м.о. • Каковы основные свойства представителей царства прокариот? • Охарактеризуйте основные формы бактерий. • Охарактеризуйте основные группы бактерий и вирусов. • Какие типы питания различают у м.о? • Как различаются м.о. по типу дыхания? • Какими способами осуществляется размножение бактерий? 56 Домашнее задание. 1) Самостоятельно сделать таблицу «Основные отличия прокариот, эукариот и вирусов» 2) Самостоятельно сделать таблицу «Характеристика основных форм бактерий» 3) Схематично изобразить строение бактериальной клетки. 4) Разобрать основные группы бактерий и вирусов стр. 38-44 5) Составить блок-схему «Химический состав Бактерий», стр. 53-55 6) Читать стр. 89-94 1) Благодарю за внимание! 57