Роль мікроорганізмів у колообігу речовин в природі.

Вчення про інфекцію. Патогенність і вірулентність бактерій.

Вакцини та імунні сироватки. Моноклональні антитіла.

Роль мікроорганізмів у колообігу речовин в природі.

Сукупність перетворень хімічних елементів, з яких побудовані живі організми. Основні фактори, що визначають домінуючу роль мікробів у кругообігу речовин, - широкепоширення мікроорганізмів (наприклад, шар родючого грунту товщиною 15 см може містити до 5 т мікробної біомаси на гектар) та їх надзвичайна метаболічна гнучкість при високій швидкості обміну. Велике значення має вузька спеціалізація окремих груп мікроорганізмів у відношенні утилізованих речовин. Тому деякі етапи кругообігу речовин можуть здійснюватися виключно прокаріоти.

У природі всі організми поділяють на три групи. Продуценти - зелені рослини імікроорганізми, що синтезують органічні речовини, використовуючи енергію сонця, вуглекислий газ і воду. Споживачі (консументи) – тварини, які витрачають значну частину первинної біомаси на побудову свого тіла. Деструктори - Бактерії (в тому числі актиноміцети) і гриби, розкладають загиблі тварини і рослини, при цьому органічні речовини перетворюються на неорганічні, тобто відбувається мінералізація.

Роль мікроорганізмів у кругообігу азоту в природі. Азотне живлення прокаріотів з різними типами життя.

Азот становить 80% земної атмосфери; кількість азоту, яка бере участь у кругообігу, обчислюється 108-109 т на рік. Як газ азот хімічно інертний, він не може бути безпосередньо використаний рослинами, тваринами і більшістю мікроорганізмів. Відносний дефіцит пов'язаного азоту на поверхні Землі при практично невичерпному його запасі в атмосфері лімітує швидкість кругообігу. Промисловий синтез аміаку з азоту і водню становить не більше 5% фіксованого азоту нашої планети. Тому значення біологічної азотфіксацін для життя на планеті величезна.

Азотфіксация в природі здійснюється як вільно живучими мікроорганізмами, так і бактеріями, що існують в співтоваристві з рослинами ( симбіотична азотфіксація ).

Несімбіотіческая азотфіксація здійснюється бактеріями роду Azotobacter, що фіксують близько 20 мг азоту на 1 г використаного цукру, аноксигенний фототрофних бактеріями, ціанобактеріями, клостридіями, факультативними анаеробами Bacillus polymixa, Klebsiella pneumoniae, хемолітотрофнимі бактеріями Alcaligenes latus, Xanthobacter autotrophicus, метил отрофни ми, метано генним і і сульфатредуцірующімі бактеріями).

Симбіотична фіксація азоту здійснюється бактеріями роду Rhizobium (викликають утворення бульбочок у бобових рослин), актиноміцетами роду Franckia (симбіонти тропічних рослин), ціанобактеріями Anabaena azollae, Nostoc punctiforme. За відсутності кисню бактерії з нітрату, що використовується як акцептора водню, утворюють молекулярний азот. Цей процес відомий як денітрифікація ( Дисиміляційна нітратредукція ), або « нітратне дихання », так як в даному випадку роль нітрату в якості окислювача аналогічна ролі молекулярного кисню в аеробному диханні.

Здатністю до денітрифікації володіють багато факультативних аеробних бактерій (Pseudomonas aeruginosa, P. stutzeri, P. fluorescens, Bacillus Ucheniformis, Paracoccus denitrificans, Thiobacillus denitrificans). Асиміляційна нітратредукція характерна для більшості мікроорганізмів і для рослин. Нітрат служить джерелом азоту для побудови клітинних компонентів. Джерелом азоту для рослин і мікроорганізмів може бути і амоній, засвоюваний ними в процесі асиміляції аміаку.

• При розкладанні рослинних і тваринних білків в грунті звільняється амоній. Власне процес аммонификации обумовлений діяльністю різних грибів і бактерій (Bacillus cereus, Proteus vulgaris, псевдомонади та ін.) Якщо в грунті достатньо кисню, то амоній піддається нітрифікації, яку здійснюють дві групи мікроорганізмів, відповідно окислюючи аміак до нітриту (види Nitrosomonas, Nitrosococcus, Nitrosospira, Nitrosolobus) і нітрит до нітрату

(Nitrobacter, Nitrospina, Nitrococcus). Частково нітрифікація здійснюється і за участю гетеротрофних бактерій (види Arthrobacter), що утворюють нітрит з амонію, і грибів, здатних окислювати амоній до нітрату. Проте швидкість нітрифікації у гетеротрофних бактерій в 10³-10⁴ разів менше, ніж у аутотрофними.

• Нітрат - основне азотиста речовина грунту, що використовується рослинами в процесі росту. Практика удобрення грунтів гноєм заснована на здатності мікроорганізмів до мінералізації органічного азоту. Нітрати легко вилуговується з грунту і, таким чином, частина зв'язаного азоту у вигляді сольових розчинів видаляється з материків в океан. Зв'язаний азот, необхідний для росту рослин, видаляється з грунту також в процесі денітрифікації, що йде зі звільненням газоподібного азоту. Без денітрифікації земний і атмосферний запас азоту в кінці кінців зосередився б у вигляді солей в океані, і життя стала б можливою тільки на вузькій прибережній смузі. Видалення токсичних нітратів і нітритів мутагенних з прісної води в реакціях денітрифікації призводить до поліпшення якості питної води. Таким чином, мікроорганізми - природні регулятори кількості зв'язаного (тобто доступного для життєдіяльності) азоту в природі.

Кругообіг азоту в природі складається з трьох основних процесів: 1) фіксація азоту атмосфери; 2) нітрифікація-окислення азоту; 3) денітрифікація (гниття) – відновлення азоту. N ₂ = H₂N = H₃N Вони мають ферменти, що мають здатність зв'язувати вільний азот з іншими хімічними елементами. Ці мікроорганізми синтезують складні органічні сполуки. Значення: збагачують грунт зв'язаним азотом і сприяють її родючості. Амоніфікація, або гниття, - процес розкладання білків на менш складні з'єднання: пептони, пептиди, амінокислоти. Процеси нітрифікації, або окислення, аміаку в нітрити, а потім в нітрати здійснюють грунтові бактерії, в результаті рослини отримують живильні речовини. Спочатку бактерії (нітрозомонас) окислюють аміак у азотисту кислоту, одержуючи при цьому енергію, необхідну для свого життя. N₂ +1,5O₂ = NO₂ + H₂O +2H). На другому етапі нітратні бактерії (нітробактерій) окислюють азотисту кислоту в азотну. N₂+О₂ = NO₃). (Процеси дентрофіксаціі йду за наявності в грунті денітрофіксірующіх бактерій, які відновлюють нітрати до молекудярного азоту. Ці процеси протікають на глибині 10-15см в грунті в анаеробних умовах і ведуть до зниження родючості грунту, зменшуючи в ній запаси нітритів

Роль мікроорганізмів у кругообігу водню. Водневі бактерії, особливості їх метаболізму, роль в природі і практичне значення

До водневих бактерій відносяться еубактеріі, здатні отримувати енергію шляхом окислення молекулярного водню за участю О_2, а всі речовини клітини будувати з вуглецю СО_2. Водневі бактерії - хемолітоавтотрофи, ростуть при окисленні Н₂ в аеробних умовах. Н₂ +1/5О₂=Н₂О. Крім окислення для отримання енергії молекулярний водень використовується в конструктивному метаболізмі. На 5 молекул Н₂, окисленого в процесі дихання припадає 1 молекула Н_2, витрачена на освіту біомаси. 6Н₂ +2О₂+СО₂ = СН₂О+5Н₂О. Молекулярний водень - найпоширеніший неорганічний субстрат, що використовується бактеріями для отримання енергії в процесі окислення.). До водневих бактерій відносяться представники 20 родів. З усіх хемолітоавтотрофних еубактерій тільки водневі бактерії за допомогою певної форми гідрогенази можуть здійснювати безпосереднє відновлення НАД⁺ окисленням неорганічного субстрату. До утворення молекулярного водню наводять різні процеси, у тому числі і біологічні.

Останнім часом водневі бактерії привертають до себе увагу можливістю практичного використання: для одержання кормового білка, а також ряду органічних сполук (кислоти, амінокислоти, вітаміни, ферменти).

Роль мікроорганізмів у кругообігу кисню. Типи життя прокаріотів, засновані на окисному фосфолюванні.

Молекулярний кисень мікроорганізми використовують в процесі дихання і окислення неорганічних речовин. Виділяють кисень в атмосферу деякі фотосинтезуючі бактерії (ціанобактерії і прохролофіти). У міру накопичення исень стає постійним компонентом зовнішнього середовища, і тільки локально можуть бути створені такі умови, де він відсутній або міститься в малих кількостях. Це зумовило два можливих варіанти взаємодії прокаріотів з молекулярним киснем. Одні з існуючих анаеробних форм «пішли» в місця проживання, де кисень практично відсутній, і тим самим зберегли «образ безкисневому епохи». Інші були змушені піти по шляху пристосування до «кисневим» умов. Це означає, що вони формували нові метаболічні реакції, службовці в першу чергу для нейтралізації негативної дії молекулярного кисню.

Групи хемолітотрофних еубактерій: еубактеріі, окислюють з'єднання сірки; залізобактерии; нітрифікуючі бактерії; водневі бактерії; карбоксідобактеріі; еубактеріі, що відновлюють сульфати. Групи хемоорганотрофних бактерій: метілотрофи; оцтовокислі бактерії; амоніфікувальні бактерії; бактерії, що руйнують целюлозу; денітрифікуючі бактерії.

Роль мікроорганізмів у кругообігу сірки в природі, їх значення перетворення речовин та практичне використання

У всіх організмах сірка представлена головним чином сульфгідрильними (-SH) або дисульфідними (-SS-) групами метіоніну, цистеїну з гомоцистеїну. При анаеробному розкладанні білків сульфогідромулові групи відщеплюються десульфуразамі, при цьому виділяється сірководень. Цей процес нагадує амоніфікація азотвмісних органічних сполук. Найбільша кількість сірководню утворюється при дисиміляційному відновленні сульфатів ( Дисиміляційна сульфатредукція , Або «Сульфатне дихання »), що здійснюється облігатно анаеробними бактеріями (бактерії родів Desulfovibrio, Desutfotomaculum, Desulfococcus, Desulfosarcina, Desulfonema).

Останні використовують сульфат для окислення низькомолекулярних органічних сполук або молекулярного водню. Дисиміляційна відновлення елементної сірки в анаеробних умовах здатні здійснювати бактерії роду Desulfuromonas. Сульфатредуцирующие (або десульфатірующіе) бактерії в круговороті сірки грають роль, яку можна порівняти з роллю нітратредуцірующіх бактерій в круговороті азоту. Їх діяльність помітна на дні ставків, уздовж узбережжя моря по чорному кольору мулу (пов'язаний з утворенням сульфіду двовалентного заліза) і запаху (за рахунок виділення сірководню). Через токсичну дії сірководню деякі берегові області іноді практично мертві.

• Освічена за відсутності молекулярного кисню сірководень може бути окислений анаеробними бактеріями фототрофних сімейства Chromatiaceae до сірки (види Chlorobium) або до сульфату (види Chromatium). У цьому сімействі відомі бактерії, накопичують сірку всередині клітин в якості проміжного продукту окислення сірководню (види Thiospirillum, Chromatium, Thiodiction), і бактерії, що відкладають сірку поза клітинами (види Ectothiorhodospira).

• В аеробних умовах сірководень під дією безбарвних серобактерий (види Beggiatoa, Thtothrix) окислюється (через проміжне утворення сірки) в сульфат. Сірководень може також окислюватися в присутності кисню абіотичних шляхом. Вільну сірку в аеробних умовах можуть окислити до сульфату представники роду Thiobacillus. Деякі з них - хемолітотрофамі, інші використовують як джерела енергії та вуглецю органічні сполуки.

• Утворити великі кількості сірчаної кислоти, тіобацили зменшують лужність грунту, переводячи карбонат кальцію в краще розчинна сульфат кальцію, що вимиваються з грунту. Таким чином, додаючи в вапняні грунти елементну сірку, можна боротися з їх надмірною вапнуванням. Що стосується сірки, необхідної для синтезу сірковмісних амінокислот, то вона надходить в організм тварин з їжею, що містить відновлені сполуки сірки; рослини і частина мікроорганізмів отримують її в процесі асиміляційної сульфатредукціі. Як і при асиміляції нітрату, асимілюється рівно стільки поживних речовин, що містять сірку або азот, скільки їх необхідно для росту організму, тому ніякі відновлені продукти метаболізму сірки в навколишнє середовище не виділяються. Кругообіг сірки здійснюється в результаті життєдіяльності бактерій, що окислюють або відновлюють її. Процеси відновлення сірки відбуваються кількома шляхами. Під впливом гнильних бактерій – клостридій, протея в анаеробних умовах при гнитті білків, які містять сірку, відбувається утворення сірководню і, рідше, меркаптану. Великі кількості сірководню накопичується також в результаті життєдіяльності Сульфат бактерій. Вони відновлюють сульфати грунту, мулу і води. Сірководень, що утворився в процесі відновлення частково, випаровується в атмосферу, а частково накопичуються в грунті і воді. Надалі він окислюється. Процеси окислення сірководню відбуваються за участю сіркобактерій і тіобацил. Серобактерии використовують сірководень у біоенергетичних процесах окислення, забезпечуючи себе енергією. У езультаті цих процесів сірководень окислюється до сірки, яка накопичується в цитоплазмі бактерій, яка накопичується в цитоплазмі бактерій. Після того, як запаси сірководню у зовнішньому середовищі вичерпані, сірка окислюється до сірчаної кислоти і сульфатів, що використовуються рослинами. Тіобацили окислюють сірку, сірководень, гіпосульфіт. Вони накопичують сірку всередині клітини і поза нею, іноді окислюють сірку до сульфатів. Практичне використання: бактерії, в процесі окислення сірки утворюють використовувані рослинами сульфати, бактерії гниття розкладають рештки тварин.

Роль мікроорганізмів у кругообігу вуглецю в природі. Вуглецеве арчування прокаріотів з різними типами життя

Взаємозв'язок живих організмів на Землі особливо яскраво виражена в круговороті вуглецю. Атмосферне повітря містить близько 003% С0 2, Але продуктивність зелених рослин настільки велика, що весь запас вуглекислоти в атмосфері (2600-10 9 Т С02) був би витрачений за 20 років - термін, мізерно короткий в масштабах еволюції. Фотосинтез б припинився, якби мікроорганізми, рослини і тварини не забезпечували повернення С0₂ в атмосферу в результаті безперервної мінералізації органічних речовин. Циклічні перетворення вуглецю і кисню реалізуються головним чином через два різноспрямовані процеси: кисневий фотосинтез і дихання (або горіння в небіологічних реакціях).

При кисневому фотосинтезі аеробні ціанобактерії і зелені рослини основну частину окисленої форми вуглецю (СО 2 ) переводять в відновлене стан, характерне для органічних сполук (наприклад, глюкозу), а відновлену форму кисню (Н20) окислюють до 0 2. Хоча анаеробні пурпурні і зелені бактерії можуть відновлювати С0 2 до органічних речовин, окислюючи відмінні від води сполуки (NH 3, NO 2, Н 2, Fe 2 +, відновлені сполуки сірки), вклад цих процесів в загальну фіксацію СО, незначний. В результаті фотосинтетичної фіксації С0₂ утворюються цукри та інші сполуки. Основна маса фіксованого вуглецю рослин відкладається у вигляді полімерних вуглеводів (крохмаль, целюлоза). Тому цукри грають провідну роль в живленні всіх живих організмів, що потребують органічної їжі (організми-гетеротрофи), і служать кращими живильними речовинами для більшості гетеротрофних мікроорганізмів.

• У присутності кисню повне окислення органічних речовин до CO., здійснюють багато аеробні (псевдомонади, бацили) і факультативно анаеробні (актиноміцети) бактерії, гриби, а також тварини. В якості прикладів неповного окислення можна привести окислення Сахаров оцтовокислим бактеріями (Acetobacter, Gluconobacter) з утворенням ацетату, освіта лактату грибами порядку Mucorales (Rhizopus oryzae, R. nigricans та ін), освіта глюконової кислоти аспергиллами і пеницилла.

• В анаеробних умовах органічні сполуки розщеплюються шляхом бродіння (дріжджі, молочнокислі бактерії, пропіоновокислі бактерії, бактерії сімейства Entembacteriaceae), або окислюються в процесі анаеробного дихання при наявності акцепторів водню. У ролі акцепторів водню виступають нітрати, сульфати, карбонати, фумарат, Fe 3 + : Відповідно виділяють денітрифікуючі, сульфатредупірующіе, метанобразующие бактеріями. Метанобразующие бактерії (Methanobacterium, Melhanococcus, Methanosarcina) - строгі анаероби, складові остання ланка анаеробної харчового ланцюга. Виділений ними метан в аеробних умовах може окислятся до С02 метилотрофних бактеріями (Methylomonas, Methytosinus, Melhylococcus).

• Вуглець витягується з кругообігу різними шляхами. Іони карбонату, що містяться в морській воді, з'єднуються з розчиненими в ній іонами Са ₂ + і осідають у вигляді СаС0₃ (Карбонат кальцію). Останній також утворюється біологічним шляхом у вапняних структурах найпростіших, коралів і молюсків, відкладаючись в якості вапнякових гірських порід. Відкладення немінералізованний органічних залишків в умовах високої вологості і нестачі кисню призводить до накопичення гумусу, торфу і кам'яного вугілля. Ще один вид вилучення органічного вуглецю з кругообігу - відкладення нафти, і газу (метану).

Залежно від джерела вуглецю всі прокаріоти діляться на дві групи: автотрофи (синтезують всі необхідні компоненти з вуглекислоти) і гетеротрофи (джерелом вуглецю служать органічні сполуки). Останні діляться на паразитів (живуть за рахунок інших живих клітин) і сапрофіти (потребують готових органічних речовинах, але від інших організмів не залежать.

Роль мікроорганізмів у кругообігу фосфору. Різні типи життя бактерій, засновані на використанні сполук фосфору

В організмах фосфор знаходиться тільки в пятивалентной стані - у формі солей і вільних фосфатних іонів (РО₃ - ), або у вигляді органічних фосфатних речовин. Більшість органічних фосфоровмісних сполук нездатне поглинатися клітинами, і потреба клітин у фосфорі задовольняється споживанням фосфатних іонів. Останні включаються в органічні компоненти клітин і після смерті при гідролізі цих сполук знову вивільняються.

Кругообіг фосфору дещо відрізняється від кругообігу інших елементів. Звільнення фосфору з органічних сполук відбувається в результаті процесів гниття. Проте, до цих пір не знайдені мікроорганізми, які могли б здійснювати процеси окислення і відновлення фосфору.Фосфорні бактерії, що знаходяться в грунті і воді, використовують для своєї життєдіяльності нерозчинні сполуки фосфору, переводячи їх в розчинні. Ці сполуки потім можуть бути використані рослинами. Переходу нерозчинних сполук фосфору в розчинні сприяють також нитрифицирующие і сірчані бактерії, що утворюють кислоти при процесах бродіння.

Фосфати доступні для сухопутних організмів завдяки безперервному перекладу нерозчинних фосфатних сполук в розчинні. В цьому процесі мікробам належить провідна роль. Кислі продукти метаболізму – органічні і неорганічні (наприклад, азотна і сірчана) кислоти розчиняють фосфат кальцію; Утворений бактеріями сірководень сприяє розчиненню фосфатів заліза. Підраховано, що продукцію біомаси в кінцевому підсумку лімітують азот і фосфор.

Так, з елементів, що містяться в 1 м 3 морської води, можна створити, спираючись в розрахунки у змісті вуглецю близько 100 г біомаси, розраховуючи по азоту - 6 г, по фосфору - тільки 5 г біомаси.

Роль мікроорганізмів в еволюції життя на Землі

Згідно сучасним уявленням життя є результат еволюції матерії. Погляди на походження життя, її розвиток і сутність має довгу історію, але обговорення цих питань до недавнього часу було предметом філософських роздумів. Опарін і Холдейн висунули припущення, що життя виникло в результаті взаємодії органічних сполук, що утворилися в безкисневих умовах напервісній Землі, згідно цієї гіпотези, біологічний синтез органічних речовин відбувається тільки на сучасному етапі існування Землі. На первісної, млявої Землі могли відбуватися хімічні синтези вуглецевих сполук і їх подальша передбіологічній еволюція. У результаті цієї еволюції мало місце поступове ускладнення органічних сполук, формування з них просторово відокремлених систем і перетворення останніх у попередників життя.

Завдяки ціанобактеріям з'явився в атмосфері Землі молекулярний кисень. Проте, на початку весь вони виділяють, О₂ поглинався земною корою, в якій відбувалися процеси окислення.

У знахідки, зроблені в Південній Африці в осадових породах, вік яких близько 3,5 млрд. років, знайдені укладені в них скам'янілі залишки паличковидних структур, які нагадують сучасні бактерії. При електронно-мікроскопічному вивченні у них виявлено двошарова клітинна стінка, подібна до клітинної стінки багатьох сучасних бактерій. У породах, вік яких також приблизно 3,5 млрд. років, виявлені строматоліти, що є продуктами життєдіяльності ціанобактерій. Можна зробити висновок, що вперше земне життя виникла в проміжку між 3,5-4,6 млрд. років тому.

Вчення про інфекцію

За визначенням І.І. Мечнікова, “інфекція – це боротьба між двома організмами”.

Інфекція” або “інфекційний процес” – це сукупність патологічних, адаптаційно-пристосувальних і репараційних реакцій, що виникають та розвиваються в макроорганізмі внаслідок конкурентної взаємодії з патогенними або за певних умов умовно-патогенними вірусами, бактеріями та грибами, що призводить до порушення внутрішнього середовища і фізіологічних функцій організму.

Мікроорганізми порушують нормальні функції макроорганізму:

1. механічно;

2. за рахунок хімічних продуктів метаболізму;

3. як біологічні агенти, що порушують гомеостаз.

Процеси взаємодії між патогенними мікробами та продуктами їх життєдіяльності, зокрема, токсинами чи ферментами з одного боку та клітинами, тканинами і органами організму господаря – з іншого боку за своїми проявами дуже різноманітні. Вони зумовлені:

по-перше, властивостями збудника;

по-друге, станом макроорганізму;

по-третє, умовами оточуючого середовища.

Для розвитку інфекційного процесу обов'язковими є три компоненти:

1. мікроорганізм-збудник,

2. організм господаря (людина чи тварини)

3. певні, у тому числі й соціальні, умови навколишнього середовища.

Спектр зазначених реакцій може коливатися у дуже широких межах: від власне інфекційного захворювання до безсимптомної циркуляції збудника.

Суттєве значення для виникнення інфекційного процесу має:

По-перше, власне патогенний мікроорганізм, який безпосередньо викликає інфекційний процес, визначає його специфічність, впливає на перебіг захворювання.

Основними специфічними властивостями збудника є патогенність, вірулентність, токсигенність, адгезивність та інвазивність.

Ймовірність розвитку інфекційної хвороби визначають не лише видові характеристики збудника, а також його кількість, місце та шляхи проникнення в організм, швидкість розмноження.

Патогенний мікроорганізм може викликати захворювання лише за умови проникнення в макроорганізмкритичної – інфікуючої дози збудника – тобто тієї мінімальної кількості мікробних клітин, що здатна викликати інфекційний процес.

Для розвитку захворювання необхідно, щоб патоген характеризувався достатньою вірулентністю, а його інфікуюча доза перевищувала певний поріг, що у кожному конкретному випадку визначається ступенем вірулентності збудника та станом резистентності організму.

Отже, у контексті патогенних властивостей збудника інфікуючу дозу слід розглядати як певну кількість мікроорганізмів, яка забезпечує можливість адгезії, колонізації та інвазії в тканини.

По-друге, не менш важливе значення для розвитку інфекції має місце проникнення патогенного збудника в організм людини, яке називають вхідними ворітьми інфекції.

Залежно від властивостей мікроорганізму та шляхів його передачі вхідними ворітьми можуть бути: шкірні покриви,слизові оболонки дихальних шляхів, травного тракту і статевих органів.

Низка збудників характеризується тим, що вони здатні проникати в організм господаря кількома шляхами.Наприклад, Mycobacterium tuberculosis чи Yersinia pestis здатні викликати захворювання незалежно від шляхів проникнення в організм, що призводить до виникнення поліморфних уражень, які варіюють відповідно від місця проникнення. Для таких патогенів характерний пантропізм.

Механізм передачі інфекції є другою складовою, що необхідна для виникнення та підтримки безперервності епідемічного процесу.

Механізми передачі визначають способи, за допомогою яких інфекційний агент переходить із інфікованого до сприйнятливого організму, а також забезпечують збуднику зміну біологічних господарів.

Схема механізму передачі інфекції

Чинники передачі – це елементи довкілля, що забезпечують передачу збудників інфекційних хвороб від одного організму до іншого.

Шляхи передачі визначають конкретні чинники передачі або їх сукупність, що забезпечують перенос інфекційного агента від хворої людини або від носія до здорової особи.

Механізми передачі інфекційного агента мають кілька шляхів:

· фекально-оральний механізм включає аліментарний, водний або контактно-побутовий шляхи передачі;

· кров’яний (трансмісивний) механізм включає передачу збудників через укуси переносників, парентеральний і статевий шляхи передачі;

· аерогенний (респіраторний) механізм включає повітряно-крапельний і повітряно-пилевий шляхи передачі;

· контактний механізм включає раневий і контактно-побутовий шляхи передачі.

· Вертикальна передача збудників – це передача збудника від матері до плоду у пренатальний період, тобто у період з моменту зачаття до народження.

Загальні риси інфекційних захворювань

1. Наявність патогенного мікроорганізму як безпосереднього чинника

захворювання;

2. Контагіозність (власне заразність);

3. Схильність до широкого епідемічного поширення;

4. Циклічність протікання (послідовна зміна періодів);

5. Ймовірність розвитку затяжних та хронічних форм;

6. Формування імунітету;

7. Ймовірність розвитку мікробного носійства.

Динаміка інфекційного процесу

Розвиток інфекційного процесу поділяють на кілька стадій:

1. проникнення інфекційного агента: на цій стадії відбувається його адаптація до умов внутрішнього середовища організму і колонізація тканин, до яких виявляє тропізм даний мікроорганізм;

2. утворення продуктів життєдіяльності (токсини, ферменти), що виявляють ушкоджуючу дію і призводять до порушення гомеостазу організму;

3. поширення інфекційного агента з вогнища проникнення: дуже часто мікроорганізми можуть дисемінувати по лімфо- чи кровотоку.

Для характеристики явищ, пов’язаних з місцезнаходженням мікроорганізмів або їх токсинів у крові чи лімфі, використовують наступні терміни:

бактеріємія (наявність бактерій у крові);

фунгемія (наявність у крові грибів);

вірусемія (наявність у крові вірусів);

паразитемія (наявність у крові найпростіших).

Циклічність перебігу

Циклічність протікання виражається у послідовній зміні певних періодів хвороби, а саме:

1. інкубаційного;

2. продромального;

3. наростання симптомів;

4. розпалу захворювання;

5. згасання симптомів;

6. реконвалесценції.

екзогенні інфекції - виникають і розвиваються внаслідок проникнення в організм людини патогенних мікроорганізмів з довкілля разом з їжею, водою, а також з повітря,грунту, виділень хворих людей, рековалесцентів та мікробоносіїв;

ендогенні інфекції – виникають внаслідок активації або проникнення умовно-патогенних мікроорганізмів нормальної мікрофлори з нестерильних порожнин людського тіла у внутрішнє середовище організму. Особливістю ендогенних інфекцій є відсутність інкубаційного періоду;

аутоінфекції –різновид ендогенних інфекцій, що виникають внаслідок самозараження шляхом перенесеннязбудника (як правило, руками самого хворого) з одного біотопу до іншого.

Форми інфекції

Регіональні (місцеві, осередкові або вогнищеві) інфекції – це такі інфекції, під час яких інфекційний процес протікає у обмеженому, місцевому вогнищі (осередку) і мікроорганізми,локалізовані у даному вогнищі, не поширюються в організмі.

Генералізовані інфекційні захворювання розвиваються внаслідок дисемінування збудника в організмі лімфогенним або гематогенним шляхом.

Залежно від того чи виступає кров лише механічним переносником збудника чи збудник розмножується в крові у межах генералізованої інфекції відповідно розрізняють дві форми: бактеріємія (чи вірусемія) і сепсис.

За умови масового проникнення у кров бактерій та їхніх токсинів розвивається бактеріальний або токсико-септичний шок.

Бактерієсійство

Стан за якого виділення збудника продовжується після клінічного одужання хворого називається бактерієносійством.

Бактерієносії виділяють патогенні мікроорганізми у навколишнє середовище, у зв’язку з чим, представляють велику загрозу для оточуючого середовища.

Розрізняють:

транзиторне (безсимптомне) носійство – за даного різновиду носійства патогенний збудник виділяється одноразово з організму людини при проведенні серії бактеріологічних аналізів.

У тому випадку, коли носійство патогенного мікроба виявляється після перенесеної інфекційної хвороби мова йде про реконвалесцентне носійство.

Залежно від тривалості виділення збудника носійство поділяють на:

гостре (до 3-х місяців);

затяжне (до 6 місяців);

хронічне (більше ніж 6 місяців)

ФОРМИ ІНФЕКЦІЙ ТА ЇХНЯ КЛАСИФІКАЦІЯ

Ознака	Назва форми інфекції
Джерело інфекції: - людина, - тварини, - довкілля.	- антропонози, - зоонози, - сапронози

Зоонозні інфекції можуть передаватись від тварин до людини

Патогеннiсть i вiрулентнiсть бактерiй:

Патогенність – це видова здатність певних  мікроорганізмів викликати інфекційний процесс.

Вірулентність – це ступінь патогенності. Вона є штамовою ознакою і визначається метаболічною активністю бактерійних клітин, їх компонентів і продуктів, які пригнічують захисні механізми господаря.

Фактори вірулентності:адгезивність, інвазивність, токсиноутворення, капсулоутворення, наявність агресинів.

Для характеристики патогенних мікроорганізмів встановлені одиниці вірулентності.

DLМ (Dosis letalis minima) - мінімальна смертельна доза. Це та найменша кількість мікробів або їх токсинів, яка при зараженні викликає загибель 90-95 % чутливих тварин.

DCL (Dosis certа letalis) - найменша доза, яка викликає смерть 100 % взятих у дослід тварин.

LD₅₀ (Dosis letalis50) - доза, що вбиває половину заражених тварин. Вона э найбільш об’єктивною, точною і прийнятою в лабораторних дослідженнях.

Вірулентність - це якісна, індивідуальна ознака даного штаму. Вірулентність бактерій може бути посилена, послаблена і навіть зовсім втрачена. При цьому інші їх властивості не змінюються. Посилення вірулентності досягають пасажами культури через організм чутливих тварин, різними генетичними методами. Послаблення - шляхом багаторазових пересівів культури на несприятливих середовищах, дією підвищеної температури, бактеріофагів, хімічних речовин, імунних сироваток тощо. Такий підхід часто використовують при виготовленні живих вакцин та інших бактерійних препаратів.

Вірулентність визначається такими факторами:

адгезивністю, інвазивністю, капсулоутворенням,

агресивністю, токсиноутворенням та ін.

Адгезини. Філаментозний гемаглютинін	Зумовлюють адгезію до еритроцитів і до клітин господаря. Філаментозні гемаглютиніни Bordetella pertussis, S. typhimurium, гемаглютинін резистентний до манози, і  фібрилярний гемаглютинін Helicobacterpylori. Гонококи та ентеропатогенні E. сoli прилипають до поверхні клітин білками зовнішньої мембрани
Пілі	Ниткоподібні структури, що зумовлюють тісний контакт бактерій і сприяють переносу генетичного матеріалу. Розрізняють чутливі до манози (уропатогенні  E. coli) і пілі резистентні до манози.Ентеропатогенні E. сoli містять два антигени колонізаційного фактору (CFA) I i II. Штами E. сoli,які викликають пієлонефрит продукують Х-адгезин і мають антигени S і М. Синтез пілі зумовлений або плазмідами, або хромосою. Грамнегативні бактерії, псевдомонади, нейссерії, бактероїди, вібріони синтезують так звані Н-метилфенил аланінові пілі, які є фактором вірулентності.
Слиз	Коагулазо-негативні стафілококи продукують полісахаридний слиз і тим самим прилипають до поверхні катетеру.

Iнвазивні властивості патогенних бактерій

Вiрулентні бактерії мають здатність проникати в тканини інфікованого організму.

Колагеназа і гіалуронідаза руйнують колаген і гіалуронову кислоту, що сприяє поширенню бактерій всередині тканин.

Імуноглобулін A протеаза  розкладає IgA, який попереджує адгезію бактерій до слизових оболонок і в основному виділяється

N. gonorrhoeae, Haemophilus influenzae і Streptococcus pneumoniae.

Лейкоцидини руйнують нейтрофіли і макрофаги.

M-протеїн S. pyogenes володіє антифагоцитарною дією, а протеїн A S. aureus зв’язує IgG і тим самимпопереджує активацію комплемента.

Коагулаза S. aureus стимулює утворення фібрину з фібриногену, який захищає бактерію від фагоцитозу.

Рис. Визначення плазмокоагулази. Верхня пробірка - негативний контроль (до плазми додано краплю стерильного МПБ); середня пробірка - позитивний тест на плазмокоагулазу в Staphylococcus aureus; нижня пробірка - негативний результат у Staphylococcus epidermidis.

Рис. Визначення гемолізину золотистого стафілококу на кров’яному агарі

Рис. Визначення утворення лецитинази "райдужних" вінчіків на ЖСА (навколо колоній).

Рис. Визначення уреази (перша пробірка- позитивний результат).

Бактеріальні токсини

Токсини (від гр. toxikon – отрута) – одні з найважливіших чинників патогенності, що реалізують основні механізми інфекційного процесу.

Токсини викликають системні ураження, які зумовлюють специфічні прояви тієї чи іншої інфекційної хвороби.

Існує кілька класифікацій токсинів, які враховують ті чи інші характеристики згаданих біомолекул.

Залежно від локалізації бактеріальні токсини традиційно поділяють на:

ендотоксини,

екзотоксини.

Більш коректною є систематизація токсинів за: хімічним складом – наприклад, фосфоліпази чи детергенти; або механізмом дії – наприклад, на ті, що уражують клітинну мембрану (цитолізини) і ті, що діють на різноманітні внутрішньоклітинні мішені.

За ступенем зв’язування з бактеріальною клітиною екзотоксини поділяють на три групи:

група А – включає токсини, які повністю секретуються (екзотоксини) у оточуюче середовище. Наприклад, токсин дифтерійної палички;

група В – це токсини, які частково секретуються у оточуюче середовище і частково асоційовані з бактеріальною клітиною. Наприклад, тетаноспазмін правцевої палички;

група С – токсини, які не секретуються, зв’язані з бактеріальною клітиною і вивільнюються лише після її загибелі. Наприклад, екзотоксини ентеробактерій.

КЛАСИФІКАЦІЯ ЕКЗОТОКСИНІВ ЗА МЕХАНІЗМОМ ДІЇЇ

Синтез більшості екзотоксинів зумовлений наявністю tox⁺ генів, які часто розміщені в плазмідах.

Силу дії мікробних токсинів визначають на чутливих лабораторних тваринах певних маси і віку з допомогою тих же одиниць, що й вірулентність - DLM, DCL i LD50. Наприклад, за 1 DLM дифтерійного токсину приймають найменшу кількість його, яка при підшкірному введенні гвінейській свинці масою 250 г викликає її загибель на 4-у добу. Ця доза часто дорівнює 0,002 мл. Правцевий токсин ще сильніший, а DLM нативного токсину ботулізму для гвінейської свинки складає 0,00001-0,000001 мл.

Джерела інформації:

А – Основні:

1. С.І.Климнюк, І.О.Ситник, М.С.Творко, В.П. Широбоков. Практична мікробіологія. Тернопіль: Укрмедкнига, 2004.– С. 78-100.

2. О.С. Радченко, Л.Г. Степура, І.В. Домборовська, І.М. Фуртат,

Л.О. Михальський Практикум із загальної мікробіології: Навч. посібник. – Київ, 2011. – 168 с.

В Додаткові:

1. Медицинская микробиология. / Под ред. В.И. Покровского.– М., 2001– С. 112-126.

2. Л.Б. Борисов Медицинская микробиология, вирусология, иммунология.– М., 2001.– С. 121-150.

3. К.М. Векірчик Практикум з мікробіології: Навч. посібник. – К.: Либідь, 2001. – 144 с.

Матеріали для підготовки

до практичного заняття підготувала доц. Покришко О.В.

Затверджено на засіданні кафедри

24.12.2010 р. протокол № 4

Переглянуто і затверджено на засіданні кафедри

«11» 06. 2012 р. протокол № 11