ГЕНОТИПИЧЕСКАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ БАКТЕРИЙ

Мутации ― это изменения в первичной структуре ДНК, которые выражаются в наследственно закрепленной утрате или изменении какого-либо признака. Одновременно у бактерий имеются различные механизмы репарации мутаций, в том числе с использованием ферментов ― эндонуклеаз, лигаз, ДНК-полимеразы.

Генетические рекомбинации

Трансформация — форма генетической изменчивости, при которой бактерия-реципиент поглощает из внешней среды трофическим путем фрагменты ДНК бактерии-донора. Это приводит к образованию рекомбинантных бактерий, обладающих некоторыми свойствами донорских клеток.

Процесс трансформации бактерий можно подразделить на несколько фаз:

1) адсорбция ДНК-донора на клетке-реципиенте;

2) проникновение ДНК внутрь клетки-реципиента;

3) соединение ДНК с гомологичным участком хромосомы реципиента с последующей рекомбинацией.

Эффективность трансформации зависит от степени гомологичности ДНК донора и реципиента. Чем выше гомологичность, тем эффективнее спаривание, и тем больше образуется рекомбинантных бактерий. Межвидовая трансформация происходит гораздо реже, чем внутривидовая.

Трансдукция ― перенос генетического материала от клетки-донора к клетке-реципиенту с помощью умеренного бактериофага. Фаг переносит небольшой фрагмент ДНК бактерии-донора. В результате трансдукции бактерия-реципиент приобретает новые фенотипические признаки: ферментативные свойства, устойчивость к антибиотикам, вредным воздействиям окружающей среды, вирулентность и др. При выходе бактериофага из клетки фрагмент донорской трансдуцированной ДНК остается в хромосоме клетки-реципиента, а следовательно, сохраняются и новые фенотипические признаки. Бактериофаг при трансдукции выполняет только транспортную функцию.

Типы трансдукций

1. Неспецифическая трансдукция.В процессе репродукции фага в момент сборки фаговых частиц в их головку вместе с фаговой ДНК может проникнуть какой-либо фрагмент ДНК бактерии-донора. В клетки реципиентного штамма могут быть перенесены любые гены донора. Принесенный фагом фрагмент ДНК бактерии-донора способен включаться в гомологическую область ДНК клетки-реципиента путем рекомбинации. Фаги являются только переносчиком генетического материала от одних бактерий к другим. Фаговая ДНК не участвует в образовании рекомбинантов.

2. Специфическая трансдукцияосуществляется фагами, обладающими избирательной локализацией на хромосоме бактерий. Образование трансдуцирующего фага происходит путем выщепления профага из бактериальной хромосомы вместе с генами, расположенными на хромосоме клетки-донора рядом с профагом. При взаимодействии трансдуцирующих фагов с клетками реципиентного штамма происходит включение гена бактерии-донора вместе с ДНК дефектного фага в хромосому бактерии-реципиента.

3. Абортивная трансдукция. Принесенный трансдуцируемый фагом фрагмент ДНК донора не включается в хромосому клетки-реципиента, а остается в ее цитоплазме и в таком виде способен поддерживаться и проявляться фенотипически.

Во время деления бактериальной клетки трансдуцированный фрагмент ДНК может передаваться только одной из двух дочерних клеток, т.е. наследоваться однолинейно и в конечном итоге утрачиваться в потомстве.

Конъюгация ― однонаправленная передача генетической информации в результате непосредственного контакта между донорной и реципиентной клетками.

Необходимым условием для конъюгации является наличие у бактерии-донора F-плазмиды (полового фактоpa), которая контролирует синтез половых ворсинок (sex-pili). Бактерии, имеющие F-плазмиду, называются мужскими (F⁺) клетками. Женские (F-) клетки не имеют этой плазмиды. Процесс конъюгации между F⁺ и F- клетками имеет следующие стадии:

1) установление контакта между донором и реципиентом с помощью половых ворсинок;

2) прохождение генетического материала через канал половой ворсинки от донора к реципиенту;

3) рекомбинация между донорской и реципиентной ДНК.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ УЧЕНИЯ О ГЕНЕТИКЕ МИКРООРГАНИЗМОВ

Генная инженерия в медицинской микробиологии

Продукты, получаемые генно-инженерным способом с помощью рекомбинантных штаммов бактерий:

· вакцины;

· гормоны;

· интерфероны;

· цитокины.

Генетические методы, применяемые в микробиологической диагностике:

· процентное содержание Г+Ц бактериальном геноме;

· метод молекулярной гибридизации;

· полимеразная цепная реакция (ПЦР).

Полимеразная цепная реакция.Цели:

· обнаружение в патологическом материале конкретного вида микроорганизма без выделения чистой культуры;

· идентификация микроорганизмов;

· генотипирование микроорганизмов.

Этапы проведения ПЦР:

· выделение ДНК из патологического материала;

· добавление праймеров (участки ДНК, комплементарные 3’-концам искомого гена), добавление ДНК-полимеразы и нуклеотидов;

· нагревание;

· расплетение ДНК на две нити;

· охлаждение;

· связывание праймеров с комплементарными участками искомого гена;

· нуклеотиды присоединяются к 3’-концам праймеров, ДНК-полимераза достраивает вторые цепочки ДНК;

· повторение циклов (30-50) – накопление (амплификация) искомого гена;

· резкое нарастание (двукратное после каждого цикла) количества искомого гена;

· определение продуктов ПЦР с помощью электрофореза.

Лекция 5

Противомикробные мероприятия.

Микробиологические основы химиотерапии бактериальных инфекций.

В медицинской практике часто требуется контролировать нежелательный микробный рост, ограничивать его появление и скорость, частично или полностью уничтожать микроорганизмы во внешней среде или в живых тканях. Для этого используют физические, химические, биологические или комплексные воздействия на микроорганизмы. Эффект от таких воздействий может быть микробицидным (гибель микроорганизмов) или микробостатическим (прекращение их роста и размножения).

В зависимости от характера и целей антимикробного воздействия различают:

· дезинфекцию — уничтожение на абиотических объектах патогенных микробов (обеззараживание объектов);

· стерилизацию — полное уничтожение на абиотических объектах жизнеспособных микроорганизмов и их спор (обеспложивание объектов);

· антисептику — уничтожение или ограничение роста микроорганизмов в живых тканях;

· деконтаминацию — удаление микробного загрязнения объектов до безопасного уровня;

· консервацию — предотвращение роста и размножения микроорганизмов на объектах.

Дезинфекция— это комплекс мероприятий, направленных на уничтожение на абиотических объектах патогенных микробов. После дезинфекции могут сохраняться споры микроорганизмов, вегетативные формы погибают.

В медицине применяют физические и химические методы дезинфекции.

Физические методы:

· механические (вытряхивание, проветривание, влажная уборка, стирка с моющим средством);

· действие высокой температуры (проглаживание утюгом, кипячение, пастеризация);

· УФО (облучение бактерицидными лампами);

· ультразвук.

Химические методы. При дезинфекции химическим методом применяют следующие дезинфицирующие вещества:

· хлорсодержащие препараты (хлорная известь, хлорамин Б, гипохлорит кальция, гипохлорит натрия)

· окислители (перекись водорода, перманганат калия);

· фенолы (карболовая кислота, лизол);

· йод и йодофоры (иод + ПАВ);

· соли тяжелых металлов (сулема, диоцид, мертиолят);

· поверхностно-активные вещества — ПАВ (сульфанол);

· четвертичные аммониевые соединения (мирамистин, роккал, бензалкония хлорид и др.);

· спирты (70 % этанол);

· формальдегид (формалин);

· красители (бриллиантовый зеленый, метиленовый синий);

· кислоты (салициловая, борная и др.);

· альдегиды (глютаровый).

Требования, предъявляемые к дезинфектантам:

· эффективность;

· доступность;

· безопасность.

В целях недопущения выработки устойчивости циркулирующих в ЛПУ микроорганизмов к дезинфицирующим средствам рекомендуется периодически (не реже чем ежеквартально) чередовать препараты, в составе которых имеются различные действующие вещества.

Если позволяют условия, предпочтение следует отдавать физическому методу дезинфекции, поскольку он более прост, надежен, экологически чист и безопасен для персонала.

Стерилизация — полное обеспложивание объектов, при котором уничтожаются все формы микроорганизмов (вегетативные и споры).

Стерильность ― отсутствие вегетативных и споровых форм микроорганизмов на абиотических объектах, достигаемое после действия физических, химических факторов или их сочетания.

Для стерилизации применяют физические и химические методы.

Физические методы:

· высокая температура;

· ионизирующее излучение («холодная стерилизация»);

· фильтрование через коллодийные фильтры.

Химические методы стерилизацииприменяют для изделий, которые нельзя стерилизовать физическими методами (из-за термолабильности, конструкции). Проводится стерилизация растворами химических средств и газовая стерилизация.

Стерилизация растворами химических средств. Используют различные режимы стерилизации, например 6%-й раствор перекиси водорода, экспозиция 6 ч (изделия из полимерных материалов, стекла, коррозионностойких металлов); 4,8%-й раствор первомура, экспозиция 15 мин (лигатурный шовный материал).

Газовая стерилизация.Этот метод применяется для обработки оптики, сложной техники. Используют:

· окись этилена;

· смесь ОБ (окись этилена с бромистым метилом);

· пары раствора формальдегида в этиловом спирте.