Носителем генетической информации бактериальных клеток является ДНК. Она представляет собой двойную спираль, состоящую из двух полинуклеотидных цепочек. ДНК сравнивают с винтовой лестницей и с двойным электрическим кабелем. Остов ДНК состоит из фосфатных групп и дезоксирибозы. Полипептидные цепи соединены между собой водородными связями, которые удерживают друг с другом комплементарные азотистые основания. Строение ДНК бактерий аналогично таковому клеток эукариотического типа (растений, животных, грибов). В отличие от бактерий у вирусов геном представлен одной нуклеиновой кислотой – ДНК или РНК. Бактериальные клетки, кроме ДНК, могут иметь генетически полноценные образования функционирующие автономно. Необходимо подчеркнуть, что носителями наследственности бактерий кроме ДНК являются плазмиды и эписомы. В этой связи, любая структура бактериальной клетки, способна к саморепликации, называется репликон, т. е. репликонами бактерий являются нуклеотид, плазмиды, эписомы. Плазмиды не связаны с нуклеотидом, они пребывают в цитоплазме клетки автономно, эписомы могут находиться в свободном состоянии, но чаще всего они реплицируются вместе с ДНК.

Бактериальная хромосома представлена одной двунитевой молекулой ДНК кольцевидной формы и называется нуклеотидом. Длина нуклеотида в растянутом виде составляет примерно 1 мм. Нуклеотид – эквивалент ядра. Расположен он в центре бактерии. В отличие от эукариот ядро бактерий не имеет ядерной оболочки, ядрышка и основных белков (гистонов). Нуклеотид можно выявить в световом микроскопе. Для этого надо окрасить клетку специальными методами: по Фельгену или по Романовскому-Гимзе. Электронно-микроскопическое исследование показало, что один конец ДНК прикреплен к клеточной мембране. Видимо, это необходимо для процесса репликации ДНК.

Выращивани бактерий в пробирке. Фото: Tess Watson

В отличие от клеток эукариот у прокариот отсутствуют митохондрии, аппарат Гольджи и эндоплазмотическая сеть.

Каждая нить ДНК состоит из звеньев – нуклеотидов. В состав нуклеотида входит одно из азотистых оснований (аденин, гуанин, тимин или цитозин) дезоксирибоза и фосфорная кислота. Приблизительно 1500 нуклеотидов составляют ген средней величины. Таким образом, ген представляет собой определенный участок ДНК, ответственный за проявление и развитие конкретного признака. Гены в ДНК расположены линейно, они дискретны, способны к саморепликации. Последовательность аминокислот в синтезируемом белке, определяется последовательностью нуклеотидов в гене.

С точки зрения функциональной гены подразделяют на структурные, регуляторы, промоторы и гены-операторы.

Структурные гены, представляют собой гены, обуславливающие синтез ферментов, участвующих в биологических реакциях и в формировании клеточных структур.

Гены-регуляторы ответственны за синтез белков, регулирующих обмен веществ. Эти гены могут влиять на деятельность структурных генов.

Гены-промоторы детерминируют начало транскрипции. Они представляют собой участок ДНК, который распознает ДНК-зависимый РНК-полимеразой.

Гены-операторы являются посредниками между структурными генами, промоторной областью и генами-регуляторами.

Совокупность генов-регуляторов, промоторов, операторов и структурных генов называют опероном. Следовательно оперон является функциональной генетической единицей, несущей ответственность за проявление определенного признака микроорганизмов.

Различают индуцибельные и репрессибельные опероны. Например, индуцибельным опероном является Lac-оперон, гены которого контролируют синтез ферментов, утилизирующих лактозу в микробной клетке. Если клетка не нуждается в лактозе, оперон поддерживается в неактивном состоянии и, наоборот.

Примером репрессибельного оперона может служить триптофановый оперон, обеспечивающий продукцию триптофана. Этот оперон обычно постоянно функционирует, а его белок-репрессор находится в пассивном состоянии. В случае повышения содержания триптофана в клетке аминокислота вступает в связь с репрессором и активизирует его. Репрессор ингибирует работающий оперон и прерывает синтез триптофана.

Важнейшее свойство ДНК – способность к репликации. Репликация может протекать по тета-типу и сигма-типу. Репликация ДНК по тета-типу начинается в определенной точке в виде «вздутия» и распространяется вдоль молекулы в двух направлениях, проходя через промежуточную структуру, напоминающую греческую букву тета. При этом типе репликации сохраняется одна из цепей исходной молекулы ДНК, а вторая синтезируется из нуклеотидов.

Репликация ДНК по сигма-типу осуществляется через промежуточную структуру, напоминающую греческую букву сигма, откуда и название этого типа. Этот тип репликации наблюдается в процессе коньюгации бактерий и некоторых фагов. При этом типе репликации происходит достраивание обоих нитей ДНК до двухцепочной ДНК.

Геном бактерий выполняет следующие функции:

· обеспечивает передачу биологических свойств по наследству;

· программирует синтез бактериального белка с определенными свойствами;

· участвует в процессах изменчивости бактерий;

· обеспечивает сохранение индивидуальности вида;

· детерминирует множественную устойчивость к ряду лекарственных веществ.



БАКТЕРИИ
обширная группа одноклеточных микроорганизмов, характеризующихся отсутствием окруженного оболочкой клеточного ядра. Вместе с тем генетический материал бактерии (дезоксирибонуклеиновая кислота, или ДНК) занимает в клетке вполне определенное место - зону, называемую нуклеоидом. Организмы с таким строением клеток называются прокариотами ("доядерными") в отличие от всех остальных - эукариот ("истинно ядерных"), ДНК которых находится в окруженном оболочкой ядре. Бактерии, ранее считавшиеся микроскопическими растениями, сейчас выделены в самостоятельное царство Monera - одно из пяти в нынешней системе классификации наряду с растениями, животными, грибами и протистами.

Ископаемые свидетельства. Вероятно, бактерии - древнейшая известная группа организмов. Слоистые каменные структуры - строматолиты, - датируемые в ряде случаев началом археозоя (архея), т.е. возникшие 3,5 млрд. лет назад, - результат жизнедеятельности бактерий, обычно фотосинтезирующих, т.н. сине-зеленых водорослей. Подобные структуры (пропитанные карбонатами бактериальные пленки) образуются и сейчас, главным образом у побережья Австралии, Багамских островов, в Калифорнийском и Персидском заливах, однако они относительно редки и не достигают крупных размеров, потому что ими питаются растительноядные организмы, например брюхоногие моллюски. В наши дни строматолиты растут в основном там, где эти животные отсутствуют из-за высокой солености воды или по другим причинам, однако до появления в ходе эволюции растительноядных форм они могли достигать огромных размеров, составляя существенный элемент океанического мелководья, сравнимый с современными коралловыми рифами. В некоторых древних горных породах обнаружены крохотные обугленные сферы, которые также считаются остатками бактерий. Первые ядерные, т.е. эукариотические, клетки произошли от бактерий примерно 1,4 млрд. лет назад.
Экология. Бактерий много в почве, на дне озер и океанов - повсюду, где накапливается органическое вещество. Они живут в холоде, когда столбик термометра чуть превышает нулевую отметку, и в горячих кислотных источниках с температурой выше 90° С. Некоторые бактерии переносят очень высокую соленость среды; в частности, это единственные организмы, обнаруженные в Мертвом море. В атмосфере они присутствуют в каплях воды, и их обилие там обычно коррелирует с запыленностью воздуха. Так, в городах дождевая вода содержит гораздо больше бактерий, чем в сельской местности. В холодном воздухе высокогорий и полярных областей их мало, тем не менее они встречаются даже в нижнем слое стратосферы на высоте 8 км. Густо заселен бактериями (обычно безвредными) пищеварительный тракт животных. Эксперименты показали, что для жизнедеятельности большинства видов они не обязательны, хотя и могут синтезировать некоторые витамины. Однако у жвачных (коров, антилоп, овец) и многих термитов они участвуют в переваривании растительной пищи. Кроме того, иммунная система животного, выращенного в стерильных условиях, не развивается нормально из-за отсутствия стимуляции бактериями. Нормальная бактериальная "флора" кишечника важна также для подавления попадающих туда вредных микроорганизмов.

СТРОЕНИЕ И ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТЬ БАКТЕРИЙ

Бактерии гораздо мельче клеток многоклеточных растений и животных. Толщина их обычно составляет 0,5-2,0 мкм, а длина - 1,0-8,0 мкм. Разглядеть некоторые формы едва позволяет разрешающая способность стандартных световых микроскопов (примерно 0,3 мкм), но известны и виды длиной более 10 мкм и шириной, также выходящей за указанные рамки, а ряд очень тонких бактерий может превышать в длину 50 мкм. На поверхности, соответствующей поставленной карандашом точке, уместится четверть миллиона средних по величине представителей этого царства.
Строение. По особенностям морфологии выделяют следующие группы бактерий: кокки (более или менее сферические), бациллы (палочки или цилиндры с закругленными концами), спириллы (жесткие спирали) и спирохеты (тонкие и гибкие волосовидные формы). Некоторые авторы склонны объединять две последние группы в одну - спириллы. Прокариоты отличаются от эукариот главным образом отсутствием оформленного ядра и наличием в типичном случае всего одной хромосомы - очень длинной кольцевой молекулы ДНК, прикрепленной в одной точке к клеточной мембране. У прокариот нет и окруженных мембранами внутриклеточных органелл, называемых митохондриями и хлоропластами. У эукариот митохондрии вырабатывают энергию в процессе дыхания, а в хлоропластах идет фотосинтез (см. также КЛЕТКА). У прокариот вся клетка целиком (и в первую очередь - клеточная мембрана) берет на себя функцию митохондрии, а у фотосинтезирующих форм - заодно и хлоропласта. Как и у эукариот, внутри бактерии находятся мелкие нуклеопротеиновые структуры - рибосомы, необходимые для синтеза белка, но они не связаны с какими-либо мембранами. За очень немногими исключениями, бактерии не способны синтезировать стеролы - важные компоненты мембран эукариотической клетки. Снаружи от клеточной мембраны большинство бактерий одето клеточной стенкой, несколько напоминающей целлюлозную стенку растительных клеток, но состоящей из других полимеров (в их состав входят не только углеводы, но и аминокислоты и специфические для бактерий вещества). Эта оболочка не дает бактериальной клетке лопнуть, когда в нее за счет осмоса поступает вода. Поверх клеточной стенки часто находится защитная слизистая капсула. Многие бактерии снабжены жгутиками, с помощью которых они активно плавают. Жгутики бактерий устроены проще и несколько иначе, чем аналогичные структуры эукариот.

"ТИПИЧНАЯ" БАКТЕРИАЛЬНАЯ КЛЕТКА и ее основные структуры.

Сенсорные функции и поведение. Многие бактерии обладают химическими рецепторами, которые регистрируют изменения кислотности среды и концентрацию различных веществ, например сахаров, аминокислот, кислорода и диоксида углерода. Для каждого вещества существует свой тип таких "вкусовых" рецепторов, и утрата какого-то из них в результате мутации приводит к частичной "вкусовой слепоте". Многие подвижные бактерии реагируют также на колебания температуры, а фотосинтезирующие виды - на изменения освещенности. Некоторые бактерии воспринимают направление силовых линий магнитного поля, в том числе магнитного поля Земли, с помощью присутствующих в их клетках частичек магнетита (магнитного железняка - Fe3O4). В воде бактерии используют эту свою способность для того, чтобы плыть вдоль силовых линий в поисках благоприятной среды. Условные рефлексы у бактерий неизвестны, но определенного рода примитивная память у них есть. Плавая, они сравнивают воспринимаемую интенсивность стимула с ее прежним значением, т.е. определяют, стала она больше или меньше, и, исходя из этого, сохраняют направление движения или изменяют его.
Размножение и генетика. Бактерии размножаются бесполым путем: ДНК в их клетке реплицируется (удваивается), клетка делится надвое, и каждая дочерняя клетка получает по одной копии родительской ДНК. Бактериальная ДНК может передаваться и между неделящимися клетками. При этом их слияния (как у эукариот) не происходит, число особей не увеличивается, и обычно в другую клетку переносится лишь небольшая часть генома (полного набора генов), в отличие от "настоящего" полового процесса, при котором потомок получает по полному комплекту генов от каждого родителя. Такой перенос ДНК может осуществляться тремя путями. При трансформации бактерия поглощает из окружающей среды "голую" ДНК, попавшую туда при разрушении других бактерий или сознательно "подсунутую" экспериментатором. Процесс называется трансформацией, поскольку на ранних стадиях его изучения основное внимание уделялось превращению (трансформации) таким путем безвредных организмов в вирулентные. Фрагменты ДНК могут также переноситься от бактерии к бактерии особыми вирусами - бактериофагами. Это называется трансдукцией. Известен также процесс, напоминающий оплодотворение и называемый конъюгацией: бактерии соединяются друг с другом временными трубчатыми выростами (копуляционными фимбриями), через которые ДНК переходит из "мужской" клетки в "женскую". Иногда в бактерии присутствуют очень мелкие добавочные хромосомы - плазмиды, которые также могут переноситься от особи к особи. Если при этом плазмиды содержат гены, обусловливающие резистентность к антибиотикам, говорят об инфекционной резистентности. Она важна с медицинской точки зрения, поскольку может распространяться между различными видами и даже родами бактерий, в результате чего вся бактериальная флора, скажем кишечника, становится устойчивой к действию определенных лекарственных препаратов.

МЕТАБОЛИЗМ

Отчасти в силу мелких размеров бактерий интенсивность их метаболизма гораздо выше, чем у эукариот. При самых благоприятных условиях некоторые бактерии могут удваивать свою общую массу и численность примерно каждые 20 мин. Это объясняется тем, что ряд их важнейших ферментных систем функционирует с очень высокой скоростью. Так, кролику для синтеза белковой молекулы требуются считанные минуты, а бактерии - секунды. Однако в естественной среде, например в почве, большинство бактерий находится "на голодном пайке", поэтому если их клетки и делятся, то не каждые 20 мин, а раз в несколько дней.
Питание. Бактерии бывают автотрофами и гетеротрофами. Автотрофы ("сами себя питающие") не нуждаются в веществах, произведенных другими организмами. В качестве главного или единственного источника углерода они используют его диоксид (CO2). Включая CO2 и другие неорганические вещества, в частности аммиак (NH3), нитраты (NO-3) и различные соединения серы, в сложные химические реакции, они синтезируют все необходимые им биохимические продукты. Гетеротрофы ("питающиеся другим") используют в качестве основного источника углерода (некоторым видам нужен и CO2) органические (углеродсодержащие) вещества, синтезированные другими организмами, в частности сахара. Окисляясь, эти соединения поставляют энергию и молекулы, необходимые для роста и жизнедеятельности клеток. В этом смысле гетеротрофные бактерии, к которым относится подавляющее большинство прокариот, сходны с человеком.
Главные источники энергии. Если для образования (синтеза) клеточных компонентов используется в основном световая энергия (фотоны), то процесс называется фотосинтезом, а способные к нему виды - фототрофами. Фототрофные бактерии делятся на фотогетеротрофов и фотоавтотрофов в зависимости от того, какие соединения - органические или неорганические - служат для них главным источником углерода. Фотоавтотрофные цианобактерии (сине-зеленые водоросли), как и зеленые растения, за счет световой энергии расщепляют молекулы воды (H2O). При этом выделяется свободный кислород (1/2O2) и образуется водород (2H+), который, можно сказать, превращает диоксид углерода (CO2) в углеводы. У зеленых и пурпурных серных бактерий световая энергия используется для расщепления не воды, а других неорганических молекул, например сероводорода (H2S). В результате также образуется водород, восстанавливающий диоксид углерода, но кислород не выделяется. Такой фотосинтез называется аноксигенным. Фотогетеротрофные бактерии, например пурпурные несерные, используют световую энергию для получения водорода из органических веществ, в частности изопропанола, но его источником у них может служить и газообразный H2. Если основной источник энергии в клетке - окисление химических веществ, бактерии называются хемогетеротрофами или хемоавтотрофами в зависимости от того, какие молекулы служат главным источником углерода - органические или неорганические. У первых органика дает как энергию, так и углерод. Хемоавтотрофы получают энергию при окислении неорганических веществ, например водорода (до воды: 2H4 + O2 в 2H2O), железа (Fe2+ в Fe3+) или серы (2S + 3O2 + 2H2O в 2SO42- + 4H+), а углерод - из СO2. Эти организмы называют также хемолитотрофами, подчеркивая тем самым, что они "питаются" горными породами.
Дыхание. Клеточное дыхание - процесс высвобождения химической энергии, запасенной в "пищевых" молекулах, для ее дальнейшего использования в жизненно необходимых реакциях. Дыхание может быть аэробным и анаэробным. В первом случае для него необходим кислород. Он нужен для работы т.н. электронотранспортной системы: электроны переходят от одной молекулы к другой (при этом выделяется энергия) и в конечном итоге присоединяются к кислороду вместе с ионами водорода - образуется вода. Анаэробным организмам кислород не нужен, а для некоторых видов этой группы он даже ядовит. Высвобождающиеся в ходе дыхания электроны присоединяются к другим неорганическим акцепторам, например нитрату, сульфату или карбонату, или (при одной из форм такого дыхания - брожении) к определенной органической молекуле, в частности к глюкозе. См. также МЕТАБОЛИЗМ.

КЛАССИФИКАЦИЯ

У большинства организмов видом принято считать репродуктивно изолированную группу особей. В широком смысле это означает, что представители данного вида могут давать плодовитое потомство, спариваясь только с себе подобными, но не с особями других видов. Таким образом, гены конкретного вида, как правило, не выходят за его пределы. Однако у бактерий может происходить обмен генами между особями не только разных видов, но и разных родов, поэтому правомерно ли применять здесь привычные концепции эволюционного происхождения и родства, не вполне ясно. В связи с этой и другими трудностями общепринятой классификации бактерий пока не существует. Ниже приведен один из широко используемых ее вариантов.
ЦАРСТВО MONERA

Тип Gracilicutes (тонкостенные грамотрицательные бактерии)

Класс Scotobacteria (нефотосинтезирующие формы, например миксобактерии) Класс Anoxyphotobacteria (не выделяющие кислорода фотосинтезирующие формы, например пурпурные серные бактерии) Класс Oxyphotobacteria (выделяющие кислород фотосинтезирующие формы, например цианобактерии)

Тип Firmicutes (толстостенные грамположительные бактерии)

Класс Firmibacteria (формы с жесткой клеткой, например клостридии)
Класс Thallobacteria (разветвленные формы, например актиномицеты)

Тип Tenericutes (грамотрицательные бактерии без клеточной стенки)

Класс Mollicutes (формы с мягкой клеткой, например микоплазмы)

Тип Mendosicutes (бактерии с неполноценной клеточной стенкой)

Класс Archaebacteria (древние формы, например метанобразующие)

Домены. Недавние биохимические исследования показали, что все прокариоты четко разделяются на две категории: маленькую группу архебактерий (Archaebacteria - "древние бактерии") и всех остальных, называемых эубактериями (Eubacteria - "истинные бактерии"). Считается, что архебактерии по сравнению с эубактериями примитивнее и ближе к общему предку прокариот и эукариот. От прочих бактерий они отличаются несколькими существенными признаками, включая состав молекул рибосомной РНК (pРНК), участвующей в синтезе белка, химическую структуру липидов (жироподобных веществ) и присутствие в клеточной стенке вместо белково-углеводного полимера муреина некоторых других веществ. В приведенной выше системе классификации архебактерии считаются лишь одним из типов того же царства, которое объединяет и всех эубактерий. Однако, по мнению некоторых биологов, различия между архебактериями и эубактериями настолько глубоки, что правильнее рассматривать архебактерии в составе Monera как особое подцарство. В последнее время появилось еще более радикальное предложение. Молекулярный анализ выявил между двумя этими группами прокариот столь существенные различия в структуре генов, что присутствие их в рамках одного царства организмов некоторые считают нелогичным. В связи с этим предложено создать таксономическую категорию (таксон) еще более высокого ранга, назвав ее доменом, и разделить все живое на три домена - Eucarya (эукариоты), Archaea (архебактерии) и Bacteria (нынешние эубактерии).

ЭКОЛОГИЯ

Две важнейшие экологические функции бактерий - фиксация азота и минерализация органических остатков.
Азотфиксация. Связывание молекулярного азота (N2) с образованием аммиака (NH3) называется азотфиксацией, а окисление последнего до нитрита (NO-2) и нитрата (NO-3) - нитрификацией. Это жизненно важные для биосферы процессы, поскольку растениям необходим азот, но усваивать они могут лишь его связанные формы. В настоящее время примерно 90% (ок. 90 млн. т) годового количества такого "фиксированного" азота дают бактерии. Остальное количество производится химическими комбинатами или возникает при разрядах молний. Азот воздуха, составляющий ок. 80% атмосферы, связывается в основном грамотрицательным родом ризобиум (Rhizobium) и цианобактериями. Виды ризобиума вступают в симбиоз примерно с 14 000 видов бобовых растений (семейство Leguminosae), к которым относятся, например, клевер, люцерна, соя и горох. Эти бактерии живут в т.н. клубеньках - вздутиях, образующихся на корнях в их присутствии. Из растения бактерии получают органические вещества (питание), а взамен снабжают хозяина связанным азотом. За год таким способом фиксируется до 225 кг азота на гектар. В симбиоз с другими азотфиксирующими бактериями вступают и небобовые растения, например ольха. Цианобактерии фотосинтезируют, как зеленые растения, с выделением кислорода. Многие из них способны также фиксировать атмосферный азот, потребляемый затем растениями и в конечном итоге животными. Эти прокариоты служат важным источником связанного азота почвы в целом и рисовых чеков на Востоке в частности, а также главным его поставщиком для океанских экосистем.
Минерализация. Так называется разложение органических остатков до диоксида углерода (CO2), воды (H2O) и минеральных солей. С химической точки зрения, этот процесс эквивалентен горению, поэтому он требует большого количества кислорода. В верхнем слое почвы содержится от 100 000 до 1 млрд. бактерий на 1 г, т.е. примерно 2 т на гектар. Обычно все органические остатки, попав в землю, быстро окисляются бактериями и грибами. Более устойчиво к разложению буроватое органическое вещество, называемое гуминовой кислотой и образующееся в основном из содержащегося в древесине лигнина. Оно накапливается в почве и улучшает ее свойства.

БАКТЕРИИ И ПРОМЫШЛЕННОСТЬ

Учитывая разнообразие катализируемых бактериями химических реакций, неудивительно, что они широко используются в производстве, в ряде случаев с глубокой древности. Славу таких микроскопических помощников человека прокариоты делят с грибами, в первую очередь - дрожжами, которые обеспечивают большую часть процессов спиртового брожения, например при изготовлении вина и пива. Сейчас, когда стало возможным вводить в бактерии полезные гены, заставляя их синтезировать ценные вещества, например инсулин, промышленное применение этих живых лабораторий получило новый мощный стимул. См. также ГЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ.
Пищевая промышленность. В настоящее время бактерии применяются этой отраслью в основном для производства сыров, других кисломолочных продуктов и уксуса. Главные химические реакции здесь - образование кислот. Так, при получении уксуса бактерии рода Acetobacter окисляют этиловый спирт, содержащийся в сидре или других жидкостях, до уксусной кислоты. Аналогичные процессы происходят при квашении капусты: анаэробные бактерии сбраживают содержащиеся в листьях этого растения сахара до молочной кислоты, а также уксусной кислоты и различных спиртов.
Выщелачивание руд. Бактерии применяются для выщелачивания бедных руд, т.е. переведения из них в раствор солей ценных металлов, в первую очередь меди (Cu) и урана (U). Пример - переработка халькопирита, или медного колчедана (CuFeS2). Кучи этой руды периодически поливают водой, в которой присутствуют хемолитотрофные бактерии рода Thiobacillus. В процессе своей жизнедеятельности они окисляют серу (S), образуя растворимые сульфаты меди и железа: CuFeS2 + 4O2 в CuSO4 + FeSO4. Такие технологии значительно упрощают получение из руд ценных металлов; в принципе, они эквивалентны процессам, протекающим в природе при выветривании горных пород.
Переработка отходов. Бактерии служат также для превращения отходов, например сточных вод, в менее опасные или даже полезные продукты. Сточные воды - одна из острых проблем современного человечества. Их полная минерализация требует огромных количеств кислорода, и в обычных водоемах, куда принято сбрасывать эти отходы, его для их "обезвреживания" уже не хватает. Решение заключается в дополнительной аэрации стоков в специальных бассейнах (аэротенках): в результате бактериям-минерализаторам хватает кислорода для полного разложения органики, и одним из конечных продуктов процесса в наиболее благоприятных случаях становится питьевая вода. Остающийся по ходу дела нерастворимый осадок можно подвергнуть анаэробному брожению. Чтобы такие водоочистные установки отнимали как можно меньше места и денег, необходимо хорошее знание бактериологии.
Другие пути использования. К другим важным областям промышленного применения бактерий относится, например, мочка льна, т.е. отделение его прядильных волокон от других частей растения, а также производство антибиотиков, в частности стрептомицина (бактериями рода Streptomyces).

БОРЬБА С БАКТЕРИЯМИ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Бактерии приносят не только пользу; борьба с их массовым размножением, например в пищевых продуктах или в водных системах целлюлозно-бумажных предприятий, превратилась в целое направление деятельности. Пища портится под действием бактерий, грибов и собственных вызывающих автолиз ("самопереваривание") ферментов, если не инактивировать их нагреванием или другими способами. Поскольку главная причина порчи все-таки бактерии, разработка систем эффективного хранения продовольствия требует знания пределов выносливости этих микроорганизмов. Одна из наиболее распространенных технологий - пастеризация молока, убивающая бактерии, которые вызывают, например, туберкулез и бруцеллез. Молоко выдерживают при 61-63° С в течение 30 мин или при 72-73° С всего 15 с. Это не ухудшает вкуса продукта, но инактивирует болезнетворные бактерии. Пастеризовать можно также вино, пиво и фруктовые соки. Давно известна польза хранения пищевых продуктов на холоде. Низкие температуры не убивают бактерий, но не дают им расти и размножаться. Правда, при замораживании, например, до -25° С численность бактерий через несколько месяцев снижается, однако большое количество этих микроорганизмов все же выживает. При температуре чуть ниже нуля бактерии продолжают размножаться, но очень медленно. Их жизнеспособные культуры можно хранить почти бесконечно долго после лиофилизации (замораживания - высушивания) в среде, содержащей белок, например в сыворотке крови. К другим известным методам хранения пищевых продуктов относятся высушивание (вяление и копчение), добавка больших количеств соли или сахара, что физиологически эквивалентно обезвоживанию, и маринование, т.е. помещение в концентрированный раствор кислоты. При кислотности среды, соответствующей pH 4 и ниже, жизнедеятельность бактерий обычно сильно тормозится или прекращается.

БАКТЕРИИ И БОЛЕЗНИ

ИЗУЧЕНИЕ БАКТЕРИЙ

Многие бактерии нетрудно выращивать в т.н. культуральной среде, в состав которой могут входить мясной бульон, частично переваренный белок, соли, декстроза, цельная кровь, ее сыворотка и другие компоненты. Концентрация бактерий в таких условиях обычно достигает примерно миллиарда на кубический сантиметр, в результате чего среда становится мутной. Для изучения бактерий необходимо уметь получать их чистые культуры, или клоны, представляющие собой потомство одной-единственной клетки. Это нужно, например, для определения того, какой вид бактерии инфицировал больного и к какому антибиотику данный вид чувствителен. Микробиологические образцы, например, взятые из горла или ран мазки, пробы крови, воды или других материалов, сильно разводят и наносят на поверхность полутвердой среды: на ней из отдельных клеток развиваются округлые колонии. Отверждающим культуральную среду агентом обычно служит агар - полисахарид, получаемый из некоторых морских водорослей и почти ни одним видом бактерий не перевариваемый. Агаровые среды используют в виде "косячков", т.е. наклонных поверхностей, образующихся в стоящих под большим углом пробирках при застывании расплавленной культуральной среды, или в виде тонких слоев в стеклянных чашках Петри - плоских круглых сосудах, закрываемых такой же по форме, но чуть большей по диаметру крышкой. Обычно через сутки бактериальная клетка успевает размножиться настолько, что образует легко заметную невооруженным глазом колонию. Ее можно перенести на другую среду для дальнейшего изучения. Все культуральные среды должны быть перед началом выращивания бактерий стерильными, а в дальнейшем следует принимать меры против поселения на них нежелательных микроорганизмов. Чтобы рассмотреть выращенные таким способом бактерии, прокаливают на пламени тонкую проволочную петлю, прикасаются ею сначала к колонии или мазку, а затем - к капле воды, нанесенной на предметное стекло. Равномерно распределив взятый материал в этой воде, стекло высушивают и два-три раза быстро проводят над пламенем горелки (сторона с бактериями должна быть обращена вверх): в результате микроорганизмы, не повреждаясь, прочно прикрепляются к субстрату. На поверхность препарата капают краситель, затем стекло промывают в воде и вновь сушат. Теперь можно рассматривать образец под микроскопом. Чистые культуры бактерий идентифицируют главным образом по их биохимическим признакам, т.е. определяют, образуют ли они из определенных сахаров газ или кислоты, способны ли переваривать белок (разжижать желатину), нуждаются ли для роста в кислороде и т.д. Проверяют также, окрашиваются ли они специфическими красителями. Чувствительность к тем или иным лекарственным препаратам, например антибиотикам, можно выяснить, поместив на засеянную бактериями поверхность маленькие диски из фильтровальной бумаги, пропитанные данными веществами. Если какое-либо химическое соединение убивает бактерии, вокруг соответствующего диска образуется свободная от них зона.

Энциклопедия Кольера. - Открытое общество . 2000 .

Генетический материал бактерий представлен нуклеоидом, плазмидами, транспозонами и вставками-последователь-ностями.

Нуклеоид, илибактериальная хромосома, представляет собой двухнитевую кольцевую ДНК, не отделённую мембраной от цитоплазмы. Нуклеоид фиксирован специальными рецепторами к цитоплазматической мембране вблизи мезосомы – инвагинации мембраны, участвующей в делении клетки. Молекулярная масса ДНК у бактерий сравнительно велика и составляет, в среднем, 10 10 Д (5 * 10 6 пар оснований; геном человека составляет 2,9 * 10 9 пар оснований). Молекула хромосомной ДНК находится в суперспирализованной форме и свёрнута в виде петель, число которых составляет 12-80 на хромосому. Петли в центре нуклеоида объединены за счёт молекулы 4,5S-РНК. Такая упаковка ДНК не препятствует её репликации и обеспечивает постоянную транскрипцию отдельных оперонов. Нуклеоид является жизненно необходимой генетической структурой, поскольку содержит информацию, нужную для обеспечения конструктивного и энергетического метаболизма бактерий. При благоприятных условиях количество копий ДНК в интерфазе может увеличиваться и достигать значений, эквивалентных по массе 2, 4, 6 и даже 8 нуклеоидам. Это уникальное свойство бактериального генома позволяет бактериям регулировать метаболизм и скорость собственного размножения.

Нуклеоид состоит из структурно-функциональных фрагментов ДНК – генов, каждый из которых контролирует синтез 1 белка (рис. 1). Гены в нуклеоиде бактерий расположены дискретно – последовательно один за другим. Число генов достигает 400-600 у хламидий, 1000 – у риккетсий, 2500-3000 – у кишечной палочки.

Рисунок 1

Структурно-функциональная организация бактериальной ДНК

Гены, несущие информацию о синтезируемых бактерией ферментах или структурных белках, называются структурными генами , или генами-цистронами . Гены-цистроны управляются функциональным геном – геном-оператором , с которым гены-цистроны образуют более сложную структурно-функциональную единицу ДНК – оперон . В пределах гена-оператора находятся следующие элементы: промотор (область, с которой взаимодействует РНК-полимераза), энхенсор (область, усиливающая транскрипцию оперона); аттенуатор (область, ослабляющая работу оперона), терминатор (область, блокирующая работу оперона). В свою очередь, оперон или группа оперонов находятся под управлением 1 гена-регулятора . Так образуется более сложная структурно-функциональная единица – регулон .

Гены, содержащие информацию о том или ином соединении, принято обозначать строчными начальными буквами латинского алфавита со знаком «+», соответствующими названию данного соединения. Например, arg + - аргининовый ген, his + - гистидиновый ген, lac + - лактозный ген и т.д. Отсутствие данного гена обозначают знаком «-» (arg - , his -). Гены, обусловливающие резистентность к лекарственным препаратам, фагам, обозначают буквой r (от англ. resistant –резистентный). Например, резистентность к пенициллину записывают pen r , а чувствительность – pen s (от англ. sensitive – чувствительный).

К внехромосомным факторам наследственности у бактерий относятся плазмиды, транспозоны, вставки-последовательности. В отличие от нуклеоида, все они не являются жизненно необходимыми для бактерий, поскольку не несут информации о синтезе ферментов, участвующих в энергетическом или конструктивном метаболизме. Вместе с тем, внехромосомные факторы наследственности способны наделять бактерии определёнными селективными преимуществами.

Плазмиды представляют собой кольцевые суперспирализованные молекулы двухнитевой ДНК, содержащие 1500-400000 пар нуклеоидов. Молекулярная масса бактериальных плазмид составляет 10 6 -10 8 Д. Плазмиды могут содержать до 90 генов, которые контролируют саморепликацию плазмид, их самоперенос или мобилизацию на перенос, специфические функции самой плазмиды, а также свойства, привносимые в бактериальную клетку. Плазмиды, свободно расположенные в цитоплазме, называются автономными . Они имеют кольцевую структуру, реплицируются независимо от нуклеоида и могут быть представлены несколькими копиями. Плазмиды, встроенные в нуклеоид, называются интегрированными . Такие плазмиды имеют линейную структуру, реплицируются синхронно с нуклеоидом и представлены 1 копией. Интеграция плазмид происходит только в гомологичные участки бактериальной хромосомы.

В зависимости от способности передаваться при конъюгации от одной бактерии к другой плазмиды разделяют на конъюгативные и неконъюгативные . Конъюгативные плазмиды способны к самопереносу, то есть не только могут переходить от клетки-донора к клетке-реципиенту, но и отвечают за образование конъюгативных пилей (F-плазмиды). Неконъюгативные плазмиды передаются дочерним бактериям при бинарном делении материнской клетки, при трансформации и трансдукции. Неконъюгативные плазмиды неспособны самостоятельно индуцировать конъюгацию, но могут быть перенесены при конъюгации из одной бактерии в другую в случае интеграции с конъюгативными плазмидами.

Плазмиды осуществляют 2 функции – регуляторную и кодирующую. Первая заключается в компенсации нарушений структуры ДНК нуклеоида посредством встраивания в повреждённый участок и восстановления его функций. Кодирующая функция плазмид состоит во внесении в бактериальную клетку новой генетической информации, что проявляется появлением у бактерий нового признака (например, устойчивости к антибиотикам).

Классификация плазмид основана на том, что родственные плазмиды неспособны стабильно сосуществовать в одной клетке, одна из них подвергается элиминации. Несовместимые плазмиды объединяют в одну inc-группу (от англ. incompatibility – несовместимость). Inc-группа соответствует биологическому виду. Например, плазмиды энтеробактерий разделены на 39 inc-групп (incB, incC, incD и т.д.). Плазмиды, относящиеся к одной и той же inc-группе, имеют сходную молекулярную массу, высокую степень гомологии ДНК, наделяют клетку подобными морфологическими и серологическими свойствами.

По функциональной направленности выделяют: конъюгативные (F-), резистентности (R-), бактериоциногенные (Col-), патогенности (Ent-, Hly-), биодеградативные и криптические плазмиды.

F-плазмиды (от англ. fertility – плодовитость) содержат гены, контролирующие образование конъюгативных пилей (F-пилей), необходимых при конъюгации бактерий-доноров (F +) с бактериями-реципиентами (F -). Перенос генетического материала у F-плазмиды детерминирует tra-оперон (от англ. transfer – перенос). F-плазмиды могут находиться как в автономном, так и в интегрированном состоянии. Автономные F-плазмиды реплицируются независимо от нуклеоида и способны передаваться клеткам-реципиентам при конъюгации. Интегративное состояние F-плазмиды обратимо.

R-плазмиды (от англ. resistance – устойчивость) содержат гены, обеспечивающие бактериям устойчивость к лекарственным препаратам. R-плазмиды относятся к конъюгативным плазмидам, поскольку, наряду с генами резистентности, содержат все гены, ответственные за перенос факторов устойчивости из клетки в клетку. За устойчивость к какому-либо антибиотику отвечает r-ген, в состав которого могут входить вставки-последовательности и транспозоны. Многие r-гены являются транспозонами. Tra-оперон R-плазмид обеспечивает их конъюгативность.

Бактериоциногенные плазмиды содержат гены, кодирующие белки бактериоцины , которые вызывают гибель бактерий того же вида или близких видов. Первые бактериоцины – колицины были обнаружены у Escherichia coli (отсюда Col-плазмиды). Подобные бактериоцины выявлены у бактерии чумы (пестицины), стафилококков (стафилоцины), холерных вибрионов (вибриоцины). Бактериоцины способствуют выживанию бактерий, их продуцирующих, подавляя жизнедеятельность конкурентных микроорганизмов. Бактериоциногенные плазмиды относительно крупные (молекулярная масса 25-150 * 10 6 Д), присутствуют в бактериальной клетке в количестве 1-2 копий, преимущественно в автономном состоянии; конъюгативны (имеют tra-оперон). Широко распространены среди грамотрицательных бактерий.

Плазмиды патогенности контролируют токсинообразование и вирулентные свойства бактерий. К ним относятся Ent-плазмиды (обусловливают синтез энтеротоксинов), Hly-плазмиды (кодирует синтез гемолизинов), CFA-плазмиды (контролируют адгезию, колонизацию и некоторые антигены), а также F-, R- и Col-плазмиды, содержащие tox-гены, отвечающие за токсинообразование.

Биодеградативные плазмиды содержат гены, кодирующие сахаролитические, протеолитические и другие ферменты, позволяющие разрушать органические и неорганические соединения, в том числе содержащие тяжёлые металлы. Наличие плазмид биодеградации у патогенных или условно-патогенных для человека бактерий придаёт им преимущество перед представителями аутохтонной микрофлоры. Например, кишечная палочка, содержащая плазмиду биодеградации с геном уреазы, способна ферментировать мочевину и выживать в мочеполовом тракте.

Криптические (скрытые) плазмиды не содержат генов, которые можно было бы выявить по их фенотипическому проявлению.

Таблица 2

Сравнительная характеристика плазмид и вирусов

Признак	Плазмиды	Вирусы
Тип генома	Только двухнитевая ДНК (в автономном состоянии – кольцевая, в интегрированном – линейная)	Только РНК или ДНК. Более 10 вариантов РНК- и ДНК-геномов (линейные, кольцевые, одно-, двухнитевые, цельные, фрагментированные)
Наличие белковой оболочки	Отсутствует	Имеется
Синтез белков в процессе размножения	Отсутствует	Имеется
Среда обитания	Только бактерии	Бактерии, растения, животные
Наличие генов переноса или мобилизации на перенос из клетки в клетку	Имеются	Отсутствуют
Генетический контроль числа копий геном на хромосому клетки-хозяина	Имеется	Отсутствует
Генетический контроль равномерности распределения в дочерних клетках-хозяевах	Имеется	Отсутствует
Генетический контроль стабильного сохранения в клетке-хозяине	Имеется	Отсутствует
Последствия инфицирования клеток	Функции бактериального генома не подавляются, контролируемое размножение, отсутствие гибели клеток; наделение бактерий свойствами, обеспечивающими их размножение в неблагоприятных условиях	Подавление функционирования клеточного генома, бесконтрольное размножение, гибель клетки; персистирование, наделение умеренными фагами клеток дополнительными свойствами.

Траспозоны или Тn-элементы (от англ. transposition – транспозиция, изменение своего местоположения) представляют собой линейные фрагменты ДНК, состоящие из 2000-25000 пар нуклеотидов (рис. 2).

В состав транспозона входят: (1) транспозируемые структурные и/или функциональные гены; (2) 2 вставки-последовательности (Is-элементы); (3) прямые повторяющиеся последовательности (ограничивающие транспозоны). Транспо

зоны находятся на нуклеоиде и плазмидах, способны перемещаться по их ДНК, переходить с нуклеоида на плазмиду и, наоборот, с плазмиды на плазмиду или умеренный фаг, а также интегрировать в них. Для интеграции транспозонов не требуется гомологии ДНК, вследствие чего Тn-элементы могут встраиваться в ДНК почти случайно, приобретая удивительное сходство с провирусами. Транспозоны, находящиеся в свободном состоянии (несвязанном с ДНК плазмид и нуклеоида), являются кольцевыми структурами, неспособными к саморепликации. Транспозоны реплицируются только в составе бактериальной хромосомы или плазмиды. Распространение транспозонов по вертикали происходит при бинарном делении бактериальной клетки, распространение по горизонтали осуществляется при рекомбинациях. Транспозоны несут 2 функции: кодирующую и регуляторную. Кодирующая функция состоит в несении генов устойчивости к антибиотикам, синтеза токсинов, ферментов метаболизма и др. Регуляторная функция транспозонов заключается в способности влиять на функциональную активность генов нуклеоида и плазмид (активировать или блокировать гены). При интеграции транспозонов в ДНК бактерий они вызывают в ней дупликации, при перемещении – делеции и инверсии. Наличие у транспозонов специфических концевых последовательностей позволяет обнаружить Tn-элементы в клетках растений, беспозвоночных и позвоночных животных, в том числе и у человека.

Вставки-последовательности или Is-элементы (от англ. insertion – вставка и sequence – последовательность) представляют собой линейные фрагменты ДНК, содержащие 800-1500 пар нуклеоидов. Структурная организация Is-элементов представлена на рис. 3.

Вставки-последовательности в свободном состоянии не обнаруживаются. Is-элементы локализуются на нуклеоиде, плазмидах, умеренных фагах, входят в состав транспозонов. Is-элементы - простейший тип мигрирующих элементов, перемещающихся как единое целое вдоль ДНК репликонов (нуклеоид, плазмида). Самостоятельно реплицироваться не могут. Вставки-последовательности не содержат генов, кодирующих фенотипические признаки, что затрудняет выявление Is-элементов. В их состав входят гены, обеспечивающие транспозицию, контролирующие её частоту и сайт-специфическую рекомбинацию. Механизмы транспозиции реализуются редко – один раз каждые 10 5 -10 7 генераций. Is-элементы способны интегрировать в бактериальный геном путём репликативной рекомбинации. При этом происходит удвоение Is-элемента и встраивание 1 копии в ДНК в специфическом месте. Регулирующая функция Is-элементов включает: (1) изменение активности бактериальных генов (активацию или угнетение генов); (2) регуляцию взаимодействия нуклеоида, плазмид, траспозонов и умеренных фагов; (3) индукцию мутаций типа делеций или инверсий (при перемещении) и дупликаций (при интеграции в нуклеоид).

Хромосомы бактерий располагаются свободно в цитоплазме, не ограничены мембранами, но во всех случаях ДНК бактерии связана с рецепторами на мембране.

Бактерии гаплоидны, содержание ДНК не постоянно, может достигать 2, 4, 6, 8 - хромосом (у других организмов оно постоянно и удваивается только перед делением).

Передача генетической информации идет не только по вертикале (материнская>дочерняя), но и по горизонтали (конъюгация, трансформация)

Помимо хромосомного генома имеется не хромосомный генетический материал, который называется плазмидным геномом (эписомы, внехромосомные факторы наследственности). Это наделяет клетку дополнительными биологическими свойствами.

Содержание ДНК у бактерий зависит от условий их роста или от времени клеточного цикла бактерии, которые осуществляется каждые 20-30 минут, поэтому и количество может соответствовать (4,6,8) и это сопровождается увеличением количества рибосом (этапы транскрипции, трансляции идут одновременно, возможность регулировать скорость размножения главное условие сохранения вида.

Особенности репликации.

Вегетативная репликация: обуславливает передачу информации по вертикали, контролируется хромосомными и плазмидными генами.

Конъюгативная репликации: перенос материала по горизонтали и контролируется только плазмидными генами, при этом происходит достройка нити ДНК комплиментарной нити от донора к реципиенту.

Репаративная репликация: механизм при котором устраняется из ДНК поврежденный участок

Стркуктурно-функциональной едициней является оперон - группа структурных генов связанных с особым геном оператором, он управляет всей группой структурных генов и идет как самостоятельная единица, находится под контролем гена модулятора. В хромосоме гены распределяется друг за другом контролируя разные процессы, но законченный результат можно получить выбирая не последовательно (как игра на пианино).

Хромосомная карта бактерий

Хромосомы бактерий имеют кольцевую форму, гены располагаются линейно, их можно последовательно расположить. Локализация генов определяют в минутах их переноса, и хромосомная карта это 0-100 минут.

Определение локализации гена на хромосоме называется картированием, а их расположение хромосомной картой масштаб которой в минутах. В настоящее время есть карты: кишечной палочки.

Изучение организации генома бактерий.

Проводится с помощью ферментов - рестриктаз способные расщепить ДНК в специфических участках, которые они комплиментарны. В настоящее время известно более 100 рестриктаз. С помощью них можно получить рестрикционные фрагменты ДНК > рестрикционный анализ. Сравнение рестрикционных фрагментов и называется рестрикционным анализом, который может быть использован для идентификации. Делают копии цепей ДНК, которые имеют липкие концы с помощью которых фрагменты вновь могут образовывать кольца. Именно за счет липких концов можно получать между разными фрагментами ДНК - рекомбинантные ДНК. Если эти фрагменты получены с помощью одной рестриктазы они могут вступать во взаимодействия между собой.

Метод клонирования. Выделенный фрагмент ДНК с помощью рекомбинантных молекул вводится в самореплицирующую генетическую структуру - в плазмиду, вирус и дальше они выполняют роль вектора для клонирования. Их сшивают с фрагментом ДНК - геномом, который будет размножаться в составе плазмилы или в составе геном бактериальной клетки. Такие гибридные ДНК также можно выделить из клетки за счет рестрикции - вырезания. С помощью клонирования можно получать большое количество копий любого фрагмента ДНК, который можно метить радиоактивной меткой.

Метод сегвинирования. Используют для определения последовательности расположение ДНК в клонируемом фрагменте ДНК. Методы секвинирования и клонирования это методы помогающие изучить геномы в т. ч. геном человека (2004).

Плазмидный геном бактериальной клетки.

Плазмиды - фрагменты ДНК с небольшой молекулярной массой, несут от 40 до 50 генов. Они выполняют также регуляторную и структурную функцию. Плазмиды могут располагаться либо в цитоплазме, могут иметь кольцевую структуру. Могут находится в интегрированном состоянии хромосомы (эписомы).

Свойства плазмид:

1. Не обязательные генетические элементы бактерий (дополнительные).

2. Обладают саморепликацией и автономностью, независимостью от хромосомы клетки. ДНК бактерии им не управляет.

3. Склонны к трансмиссии как по вертикали, так и по горизонтали обеспечивая при этом гегетическую изменчивость бактерий.

Виды плазмид:

F-фактор - кольцевая молекула. Ее гены кодируют образование половых ворсинок, размножение бактерий, скорость размножения с ней связывают конъюгацию, участвует в горизонтальной передаче генетического материала и передаются различные свойства: устойчивость к антибиотикам, лактозо положительность.

R-фактор - детерминирует продукцию фермента в-лактамызы > устойчивость к антибиотикам. В составе этой плазмиды может быть специальный tra-оперон (ген отвечающий за перенос) > плазмида легко передается.

Hly - плазмида связана с продукцией гемотоксина > более токсигенные бактерии.

Col-фактор отвечает за продукцию колицинов (антибиотикоподобные вещества) обеспечивающих преимущество бактерий перед другими.

Плазмиды био деградации: участвуют в расщепдлении веществ загрязняющих окружающей среды.

Плазмида умеренного фага - фаг который способен распознать, внедрится, в клетку, но вызвать лизис бактерии вызвать не может. Может покидать клетку, захватывать часть генетического материала клетки и внедряясь в другую клетку участвует в переносе генетического материала (трансдукция)

Плазмиды есть конъюгативные (способные к переносу, имеющие в своем составе ген переноса), неконъюгативные (не участвуют в рекомбинации). По совместимости есть несовместимые друг с другом, совместимые.

Транспазоны, IS-последовательности.

Относятся к дополнительным генетичесим элементам

Th-маленькие участки ДНК (прыгающие) - в составе могут быть Rгены. Могут находится как в составе ДНК, так и в составе плазмид. Странспазонами связны мутации бактерии поскольку они могут перемещаться и вызывать мутации типа делеции, инверсии, дупликации.. Транспазоны ограничены с двух сторон IS-последовательностями.

IS-фрагменты - маленькие фрагменты ДНК, повторяющиеся, не способны к репродукции в свободном состоянии не участвуют. Основные функции: регуляторные (способны включить - выключить ген). Координируют взаимодействие транспазонов плазмид, фагов как между собой так и с хромосомой клетки хозяина.

Изменчивость бактерий.

Модификационная: адаптивная реакция организмов в ответ на условия внешней среды. Могут изменять морфологические, культуральные, ферментативные свойства.

Генотипическая: затрагивает генотип клетки:

Ш Мутационная - изменение первичной структуры ДНК, могут быть связаны с выпадением нуклеатида, делецией могут носить характер инверсии. Могут быть хромосомные, плазмидные. Могут быть спонтанные, индуцированные. Значение эволционные изменение, сопроваждается селекцией.

Ш Комбинативная: трансформация - передача генетического материала в виде раствора ДНК донора к реципиенту, трансдукция - перенос генетического материала от донора к реципиенту с помощью умеренных фагов (неспецифическая, специфическая), конъюгация - передача генетического материала от донора имеющего F-фактор к реципиенту через половые ворсинки с образованием новых штаммов.

Значение генетики в эволюции бактерии.

Особенности генетики вирусов.

1. Молекулярная масса геном вирусов 10 6 меньше чем масса эукариотической клетки.

2. Организация генетического аппарата такая же

3. Генов от нескольких единиц до десятков.

4. Принцип 1 ген - молекул РНК - 1 белок у вирусных ДНК нарушен и иРНК вирусов может направлять синтез 2 и более белков.

Способы увеличения генетической информации у вируса.

1. Двукратное считывание одной и той же и РНК, но с другого кодона.

2. Сдвиг рамки трансляции

3. Сплайсинг (вырез интронов)

4. Транскрипция с перекрывающихся областей нуклеиновой кислоты > размывается границы гена и понятие ген приобретает функциональное значение.

Виды изменчивости у вирусов.

Модификационная. В основном для вирусов определяет клетка хозяина. Модификация затрагивает суперкапсид.

Генотипическая. Мутационная, то есть изменение в первичной структуре нуклеотидов.

Рекомбинативная. Происходит при одновременном заражении клетки хозяина двумя или более вирусами, происходит обмен генами > образуются рекомбинантные штаммы вирусов, которые содержат гены 2 и более штаммов.

Генетическая реактивация. Процесс при котором вирионы дополняют друг друга в следствии перераспределения генов во время их репликации. Это наблюдается у вирусов с фрагментарным геномом. При скрещивании таких вирусов происходит образование полноценных единиц.

Комплементация (дополнение). Не генетический процесс при котором вирус снабжает своего партнера (как правило дефектного) недостающими компонентами белка, а не нуклеиновыми кислотами. Характерна для многих вирусов - аденовирусы могут культивироваться только в присутсвии SV 40 - вирус. Вирус гепатита В является помощником для д - вируса (HDV).

Фенотипическое смешивание. Наблюдается при совместном культивировании двух вирусов наблюдаем, что геном одного вируса заключается в капсид другого вируса. Генотип при этом не меняется

Вопрос: «обрый день. Посмотрите, пожалуйста. . РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ мазка на ИППП -- ДНК Gardnerella vaginalis 2x10^8 Копии/мл норма-- Не более ДНК Lactobacillus spp ДНК Atopobium vaginae не обнаружено норма-- Не более ДНК Lactobacillus spp ДНК Lactobacillus spp. 2x10^7 Копии/мл норма-- Не менее ДНК Bacteria ДНК Bacteria(Общее количество бактерий) 6x10^8 Копии/мл норма-- Не менее 10^6 Состояние бактериального микроценоза --- Соотношения концентраций ДНК микроорганизмов соответствуют бактериальному вагинозу.Уреа,мико,хлам,трих,гонококк,кандида не обнаружена. .В мазке на флору есть лейкоциты во влаг.14-15 ед.,шейке 18-20,уретра 3-4.кл.плоского эпителия ---единичны.гр.палочки -неб.кол-во..кокки отсутствуют.Скажите.пожалуйста.что это и как лечиться.Нужно ли мужу лечение. Выделений почти нет.есть слегка дискомфорт.Спасибо»

Вопрос: «Пожалуйста ответьте.»

Ответ: «Здравствуйте По представленным результатам есть данные о наличии бактериального вагиноза, т.е. нарушения соотношения флоры влагалища, когда становится больше тех бактерий, которые в норме должны быть во влагалище в небольшом количестве. Это не является половой инфекцией. Причинами развития чаще всего являются половые инфекции (но у Вас их нет - в мазке есть на

это указание), дисбактериоз кишечника и, нередко, наличие хронического простатита у полового партнера. Лечение заочно я назначить не могу. Могу дать следующие рекомендации: если подобное нарушение повторяется часто, значит надо обследовать кишечник - сдать кал на дисбактериоз кишечника, исключить хронические заболевания печени, поджелудочной железы. Кроме того, если у партнера есть проблемы с простатой, ему необходимо проконсультироваться с урологом и получить лечение у уролога, так как в случае недолеченного или вялотекущего простатита, женщина будет страдать постоянным нарушением микрофлоры. В таких случаях оба партнера лечатся вместе: женщине лечение назначает гинеколог, мужчине - уролог. Если подобная ситуация выявлена впервые, гинеколог назначит короткий курс лечения только Вам, который будет состоять из двух этапов: на первом этапе необходимо избавиться от избыточного количества гарднерелл, а на втором - восстановить нормальную микрофлору и кислотность влагалища.»

Вопрос: «Спасибо за ответ.Баквагиноз впервые,мужа ничего не беспокоит.Врач у нас старенькая женщина и лечит по старому(метронидазол). Анализы сдавала в платной лаб.самостоятельно. и лечиться хочу самостоятельно,другого выхода нет..Сейчас много новых препаратов.,незнаю,что выбрать для 1 этапа.Может посоветуете что-то щадящее и эффективное. а на 2 этапе хочу применить св. Лактонорм или ацилакт,если найду.В прошлом году удалили желчный,с печенью норм.- на диете.Благодарю Вас.»

Вопрос: «Могу ли я пролечиться св. Гексикон или Метрогил гель,а потом восстанавливать флору.?спасибо.»

Ответ: «Во влагалище будут эффективны любые свечи, содержащие метронидазол (клион Д, тержинан, нео-пенотран, метрогил и т.д.) курсом до 10 дней. Внутрь также обязательны препараты этой группы: метронидазол, орнидазол, ниморазол) курсом до 7 дней. Для восстановления флоры подойдут любые вагинальные препараты, содержащие лактобактерии курсом до 10-14 дней»

Ответ: «Если выбирать между гексиконом и метрогилом в этой ситуации, лучше предпочесть метрогил»

Вопрос: «Благодарю Вас за помощь. Еще скажите,пожалуйста,не начав лечения хочу сдать мазок на флору,сейчас начались месячные.через сколько дней можно сдавать?И что делать в ситуации,если мазок окажется нормальным.Все равно лечить баквагиноз?Спасибо Вам.»

Ответ: «Мазок сдавать, когда полностью закончатся кровяные выделения. Мазок на флору носит ориентировочный характер. То исследование, коорое Вы сделали ранее, более углубленное. Ориентироваться надо на него»

Вопрос: «Спасибо.Всего доброго!»

Ответ: «Обращайтесь»

«Спасибо за помощь» - Пользователь

pulsplus.ru

Гинекологический мазок - Расшифровка и таблица нормы, мнение врачей

Обязательной процедурой при посещении гинеколога является взятие биологического материала для оценки состояния микрофлоры и клеток эпителия влагалища, внутренней слизистой оболочки тела матки, эндометрия, цервикального канала.

Гинекологический мазок, исследование и расшифровка которого проводится в лабораторных условиях, обладает высокой информативностью.

Анализ позволяет определить гормональный уровень репродуктивной системы, количество и состав влагалищных выделений, бактериальное содержание микрофлоры у женщин, предупредить воспалительные процессы, выявить патологии развития, наличие новообразований и инфекции, которые передаются половым путем.

Какие мазки можно сдавать

Заболеваниями женской половой системы занимается специализированное направление в медицине - гинекология.

Причин для обращения пациенток достаточно много: прохождение медкомиссии для приема на работу, беременность, болевые или неприятные схваткообразные ощущения в области нижней части живота, зуд или жжение, молочница, обильные менструации или выделения неизвестного происхождения.

Общий мазок или микроскопия проводится во время профилактического осмотра или в период планирования беременности. Результатом является изучение цервикального и мочеиспускательного канала, влагалища, у девственниц - прямой кишки.

Анализ Папаниколау на цитологию дает возможность вовремя обнаружить вирус папилломы, предраковые состояния эпителия, шейки матки. Рекомендуется проходить ПАП-тест всем представительницам женского пола, имеющим наследственные онкологические заболевания, лицам старше 21 года.

Бактериологический метод исследования, бакпосев у женщин, рекомендуется при подозрении на течение воспалительного процесса, нарушение микрофлоры, которое было вызвано условно-патогенными и патогенными микроорганизмами.

ПЦР проводится в виде анализа на инфекции, передающиеся, в основном, половым контактным путем. Дает полную информацию о бактериальном составе внутренней микрофлоры.

Эффективность и достоверность метода составляет 98%.

Подготовка к сдаче мазка

Прежде, чем назначать обследование, гинеколог или сотрудник лаборатории обязан предупредить пациентку о том, как правильно сдать мазок на флору, что можно и нельзя делать перед процедурой.

Подготовка к микроскопическому исследованию предусматривает отказ от сильнодействующих антибиотиков за 2 недели до предполагаемого анализа, посещения ванной комнаты накануне. Следует постараться не ходить в туалет за 2 часа до анализа.

Диагностику лучше делать не перед, а во время месячных и в первые два дня после.

Чтобы повысить чувствительность теста, бакпосев на микрофлору проводится при отсутствии лечения антибактериальными препаратами и спринцевания. Обязательно соблюдать специальный режим питания за 2-3 дня до бактериологического анализа: ограничить продукты, провоцирующие брожение или расстройство кишечника.

Воздержаться от полового сношения с партнером и не подмываться за 24 часа до забора данных.

За 3-5 дней перед назначенной ПЦР диагностикой запрещен прием любых антибактериальных и противозачаточных средств. За 36 часов необходимо исключить половые контакты. Желательно за сутки до ПЦР и накануне взятия анализа не ходить в душ. Материал берется во время менструации и на протяжении 1-2 дней после ее окончания.

Как берут мазок у женщин

Техника проведения забора материала проводится обычно в утренние часы в отделении гинекологии или непосредственно в самой лаборатории. Взятие влагалищных выделений и участков на исследование назначается только для женщин, которые живут половой жизнью. У девочек его берут более аккуратно с бокового свода влагалища, чтобы исключить повреждение девственной плевы, и из кишечника, выделения секрета.

Все манипуляции происходят на гинекологическом кресле. В это время специалист вводит специальное зеркало в зависимости от возраста и физиологических особенностей пациентки. Если органы еще не сформированы, используется размер XS, девушкам потребуется зеркало S. После родовой деятельность применяются инструменты для осмотра с диаметром 25-30 мм, размером M, L.

Сбор материала проводится шпателем или лопаточкой, щеточкой, наносится на предметное стекло или помещается в пробирку для дальнейшей передачи полученных результатов в лабораторию.

Мазок на микрофлору: расшифровка

Самостоятельно сделать вывод о том, насколько хороший или плохой мазок получился, невозможно без соответствующих знаний. С помощью специальных обозначений расшифровать микроскопическое исследование мазка очень просто. В зависимости от локализации взятого биологического материала различают: влагалище - «V», шейка матки - «C» и уретра - «U».

Грамположительные палочки, «Гр.+» и отсутствие кокковой флоры. Результат - «++++». Наблюдается достаточно редко, чаще всего является последствием интенсивной антибактериальной терапии. Норма: «++», «+++» палочки, количество кокков не превышает «++».

Грамотрицательные бактерии гонококки - «Gn», влагалищные трихомонады - «Trich», дрожжи рода «Candida». Соответствуют заболеваниям, как гонорея, трихомониаз и кандидоз.

Наличие ключевых клеток и кишечной палочки, если они указаны в составе микрофлоры, говорит о том, что у пациентки присутствует бактериальный вагиноз.

Мазок на флору: норма у женщин

Всем без исключения пациенткам, начиная с 14 лет и до наступления менопаузы, соответствует одна и та же норма, полученная в результате лабораторного микроскопического исследования.

Лейкоциты. Обеспечивая защиту организма от проникающих вирусов, бактерий и инфекций, могут быть в поле зрения, но не должны превышать показателя во влагалище - 10, в шейке матки - 30, уретре - 5.

Эпителий. Умеренное количество эпителиальной ткани - норма. Большое количество указывает на возможное воспаление, а слишком низкое - на недостаточную выработку гормона эстрогена.

Слизь. Допускается незначительное количество или ее отсутствие. Максимальная суточная норма выделений секрета желез канала шейки матки - 5 мл.

Грамположительные палочки, «Гр.+». Обязательно должны присутствовать лактобациллы и палочки Додерлейна в большом количестве. Они отвечают за иммунный ответ организма на чужеродные тела. В шейке матки и уретре их быть не должно.

«Гр.-», грамотрицательные, анаэробные палочки не определяются.

Гонококки с условным обозначением «gn», трихомонады, хламидии, ключевые и атипичные клетки, грибы, дрожжи, Candida отсутствуют. Если они обнаруживаются в результатах, пациентке назначается дополнительное обследование на гонорею, трихомониаз, хламидиоз, бактериальный вагиноз, молочницу.

Мазок на степень чистоты

Чтобы избежать осложнений в период вынашивания плода, беременным рекомендуется определять степень чистоты гинекологического мазка. В норме у здоровой женщины микрофлору влагалища на 95-98% составляют Bacillus vaginalis или лактобактерии палочки Додерлейна. Они вырабатывают молочную кислоту, которая способствует сохранению уровня кислотности.

Патогенные и условно-патогенные микроорганизмы не способны выживать в таких условиях. Но под действием различных факторов, как половая активность, менопауза, менструальный цикл и снижение иммунитета, показатели микрофлоры могут меняться.

• 1 степень чистоты влагалища в норме составляет рН 3,8-4,5. Среда - кислая. Лейкоциты и эпителиальные клетки - не более 10.
• 2 степень. Слабокислая среда: рН=4,5-5. Наблюдается незначительное увеличение грамположительных кокков, грибов Кандида.
• 3 степень. Активизируются патогенные микроорганизмы, появляется слизь, показатели эпителия превышают норму. Нейтральный уровень кислотности, рН=5-7. Лейкоцитов свыше 10. Слизь, ключевые клетки присутствуют, грамотрицательные и грамположительные микроорганизмы размножаются в благоприятных условиях микрофлоры.
• На последней, 4 степени, чистота низкая. Показатели рН достигают 7,5. Палочки Додерлейна или вообще отсутствуют, или находятся в единичном количестве. Влагалище заполнено болезнетворными микроорганизмами.

Бактериологическое исследование

Разнообразие состава, помимо лактобактерии палочки Додерлейна, который являются неотъемлемой частью микрофлоры влагалища обследуемой женщины, начинают изучать не сразу. Посев на специально созданную благоприятную среду собранного биологического материала для его последующего роста, развития и размножения занимает время.

Оценить бактериологический посев на флору можно через микроскоп при условии увеличения численности представителей микроорганизмов.

• 0 класс. Наблюдается при лечении антибиотиками. Возбудитель отсутствует.
• I класс. Количество бактерий не увеличивается или умеренный рост.
• II класс. Смешанный характер микрофлоры. Определяется до 10 колоний бактерий Gardnerella vaginalis или Mobiluncus, возбудителей гарднереллёза.
• III класс. Колоний насчитывается около 100. Преимущественно в микрофлоре обитают Gardnerella и Mobiluncus. Проявляются симптомы бактериального вагиноза.
• IV класс. Лактобактерии отсутствуют, иммунитет ослаблен. Диагноз приобретенного инфекционного заболевания - аэробного вагинит.

Цитологическое исследование

Вероятность обнаружить участки измененного эпителия, вируса папилломы и онкологических новообразований достаточно велика после 30 лет, начала половой жизни.

Правильная расшифровка ПАП-теста зависит от наличия или отсутствия раковых, нетипичных клеток.

• NILМ. Клиническая картина без особенностей, ЦБО. Лейкоциты и бактерии выделяются в небольшом количестве. Возможен первичный кандидоз или бактериальный вагиноз. Эпителиальный слой в норме.
• ASC-US. Обнаружены атипичные участки в эпителиальной ткани неизвестного происхождения. Повторный анализ проводится через 6 месяцев на поиск хламидиоза, дисплазии, вируса папилломы человека.
• LSIL. Для подтверждения предракового состояния, вызванного атипичными клетками, назначают биопсию, кольпоскопию. Слабо выраженные признаки изменения эпителия.
• ASC-H. Ярко выраженное поражение плоского эпителия. У 1% пациенток диагностируют начальную стадию рака шейки матки, остальные 98-99% имеют дисплазию 2-3 степени.
• HSIL. Сопутствующие симптомы, предшествующие раку плоского эпителия, шейки матки, выявлены у более чем у 7% обследуемых женщин. У 2% - рак.
• AGC. Атипичное состояние железистого эпителия. Диагноз: рак шейки матки или эндометрия, запущенная форма дисплазии.
• AIS. Плоскоклеточная карцинома, рак шейки матки.

ПЦР анализ

Высокой чувствительностью и достоверностью полученных данных отличается молекулярно-биологический метод ПЦР диагностики. Благодаря созданию более ранних образцов выделенного и скопированного участка ДНК происходит сравнение с полученным биологическим материалом.

Анализ на инфекции с помощью ПЦР дает возможность за короткий срок найти возбудителя заболевания женских половых органов с помощью получения положительного или отрицательного результата.

Полимеразная цепная реакция облегчает определение хламидиоза, уреаплазмоза, молочницы, трихомониаза, ВПЧ, ВИЧ, поиск причин течения тяжелой беременности и гормональных нарушений.

Недостатками ПЦР являются случаи ложных данных при неправильно проведенных тестах, возможной мутации ДНК возбудителя.

gemoparazit.ru

Днк бактерии, днк бактерия в мазке

днк бактерия в мазке

ДНК из большинства бактерий содержится в одной кольцевой молекуле, которую называют бактериальной хромосомой.Хромосома, наряду с несколькими белками и РНК-молекулами, образует неправильной формы структуру под названием нуклеоид. Он находится в цитоплазме бактериальной клетки.

В дополнение к хромосоме бактерии часто содержат плазмиды – маленькие круговые молекулы ДНК. Бактерии могут собирать новые плазмиды из других бактериальных клеток (при конъюгации) или из окружающей среды. Они могут также легко потерять их – например, когда бактерия делится на две части, одна из дочерних клеток может пропустить некоторые плазмиды.

Каждый плазмид имеет свою «инициацию репликации». Это цепь ДНК, которая копирует цепь бактерии-хозяина. По этой причине плазмиды могут копировать себя независимо от бактериальной хромосомы, так что может быть много копий плазмиды в одной бактериальной клетке. Плазмиды помогают днк бактерии противостоять антибиотикам. Плазмиды содержат только несколько генов, но они делают большое дело для бактерии-хозяина. Как правило, они не являются необходимыми для выживания бактерии постоянно, но помогают бактерии преодолеть подчас стрессовые ситуации. Например, многие плазмиды содержат гены, которые при экспрессии делают бактерии-хозяина устойчивым к антибиотикам.

Бактерии - убийцы

Поглощение ДНК бактериями

У ДНК обнаруженных бактерий нет аналогов на Земле