Реферат - Механизмы и причины возникновения новых штаммов патогенных микроорганизмов - файл n1.docx

Реферат - Механизмы и причины возникновения новых штаммов патогенных микроорганизмов
скачать (41.1 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.docx42kb.01.06.2012 07:54скачать

n1.docx

ФГБОУ ВПО «Удмуртский государственный университет»

Факультет медицинской биотехнологии

Кафедра иммунологии и клеточной биологии

Реферат

Механизмы и причины возникновения новых штаммов патогенных микроорганизмов

Выполнил: студент 1 курса ФМБТ

Проверил:

Ижевск 2011

Содержание

  1. Введение 2

  2. Особенности строения и патогенность микроорганизмов 3

  3. Причины возникновения новых штаммов микроорганизмов 4

  4. Механизмы возникновения новых штаммов микроорганизмов 6

    1. Мутации у бактерий 6

    2. Рекомбинация генетического материала у прокариот 8

  5. Заключение 12

  6. Список литературы 13





  1. Введение


К микроорганизмам относятся преимущественно одноклеточные организмы – бактерии, микроскопические грибы и водоросли, простейшие, а также организмы с неклеточной организацией – вирусы. Микроорганизмы распространены повсеместно. Человек контактирует с множеством микроорганизмов; некоторые из них, называемые патогенными, способны вызывать инфекционные болезни. Человечество разрабатывает все новые методы борьбы с болезнетворными микроорганизмами, к которым те приспосабливаются как к новым факторам среды обитания. В ходе этой «гонки вооружений» появляются новые штаммы микроорганизмов, всё более совершенные и опасные для человека.


2. Особенности строения и патогенность микроорганизмов

Одной из наиболее существенных особенностей микроорганизмов является высокая пластичность их метаболизма, что приводит к быстрому приспособлению к меняющимся условиям окружающей среды. Указанное свойство также связано с малыми размерами клеток[1]. Клетки микроорганизмов могут вместить в себя только несколько сотен тысяч белковых молекул, поэтому ненужные в данных условиях существования ферменты не могут в содержаться про запас в их клетках. Они синтезируются только тогда, когда соответствующее питательное вещество (субстрат) появляется в среде. Таким образом, для микроорганизмов характерно большее разнообразие ферментных систем и более мобильные способы регуляции обмена веществ, чем для макроорганизмов.

Другим следствием высокой пластичности метаболизма микроорганизмов является их широкое распространение. Их можно обнаружить в арктических областях, горячих источниках, высоких слоях атмосферы, шахтах с большим содержанием сероводорода и этим они отличаются от всех растений и животных.

Отличительным свойством микроорганизмов является также их способность к быстрому размножению. В оптимальных условиях, например, бактерии Escherichia coli могут делиться каждые 20 мин[2].

Болезнетворные микроорганизмы обладают свойством вызывать болезнь (патогенностью). Степень патогенности называется вирулентностью, а антагонистические взаимоотношения паразита и хозяина – инфекцией. Система, обеспечивающая устойчивость макроорганизма к агрессии паразита, носит название иммунитет.

Особенности строения и метаболизма патогенных микроорганизмов являются приспособлениями к успешному существованию и размножению в организменной среде обитания. Основными факторами патогенности являются:


Строение патогенных микроорганизмов является прекрасным приспособлением к жизни в организменной среде обитания.

3. Причины возникновения новых штаммов микроорганизмов

Образование новых штаммов патогенных микроорганизмов происходит при воздействии на исходный штамм факторов окружающей среды и антибиотиков, таким образом обеспечивается наилучшее приспособление к условиям обитания.

Антибиотики – низкомолекулярные продукты метаболизма микроорганизмов, растений и животных или их модификации, задерживающие рост либо полностью подавляющие развитие других микроорганизмов[2]. Несмотря на эффективность данного средства против инфекции, бесконтрольный прием антибиотиков приводит к возникновению устойчивости к ним патогенной микрофлоры.

Причины быстрой приспособляемости бактерий к антибиотикам:

  1. Необоснованное применение антибиотиков - без назначения врача и в тех случаях, когда они не помогают: при ОРВИ и гриппе, при кашле и диарее, для снижения температуры.

  2. Применение антибиотиков в животноводстве для предупреждения заражения человека болезнетворными бактериями через продукты питания. В этом случае люди принимают антибиотики с мясом.

  3. Очень быстрая природная мутация бактерий, позволяющая им приспосабливаться к антибиотикам[6]. 

Чем чаще микробы контактируют с антибиотиками, тем быстрее вырабатывается резистентность. Резистентность (невосприимчивость) возбудителей инфекционных заболеваний к антибиотикам обретает все более тревожные масштабы. Эта проблема сегодня стоит чрезвычайно остро во всем мире: медики все чаще сталкиваются со штаммами болезнетворных микроорганизмов, совершенно невосприимчивых ко многим, даже самым мощным, антибиотикам. Явление снижает терапевтическую эффективность антибиотиков, а также повышает вероятность заболевания госпитализированных больных. В условиях стационара резистентные к антибиотикам бактерии передаются от одного больного к другому, выделяются во внешнюю среду и заражают воздух, перевязочный материал и предметы ухода за больными. Часты внутрибольничные заражения стафилококками, устойчивыми к пенициллину, стрептомицину и другим антибиотикам[7].

Бактериофаги – специфические вирусы, которые атакуют только бактерии и убивают патогенные микроорганизмы. Бактериофаги не способны инфицировать клетки организмов более сложного строения ввиду принципиальных различий, как ключевых внутриклеточных процессов, так и белков клеточной поверхности.

Каждый тип бактерий имеет свои собственные фаги, которые могут быть выделены везде, где данные бактерии существуют: из сточных вод, фекалий, почвы, даже из океанских глубин и горячих источников. Развитие резистентности к определенному фагу в основном отражает потерю микробом специфического рецептора для фага в результате мутации; эта потеря часто оказывает отрицательное действие на бактерию и не защищает ее от многих других фагов, которые используют иные рецепторы[8].

Несмотря на то, что бактериофаги истребляют бактерий, они также являются переносчиками генетического материала бактерий в процессе трансдукции (см. Рекомбинация генетического материала прокариот), способствуя обмену генетической информацией между ними.
4. Механизмы возникновения новых штаммов микроорганизмов

Возникновение новых штаммов микроорганизмов происходит в результате мутаций, а также наследственной изменчивости, вызванной рекомбинацией генетического материала. В результате появляются организмы с новыми признаками, которые в определенных условиях могут быть смертельны, либо напротив, обеспечивать лучшую выживаемость. Под воздействием условий окружающей среды и антибиотиков в ходе естественного отбора наиболее полезные для микроорганизмов признаки закрепляются, так как их носители выживают и размножаются. Способность к быстрому размножению, быстрая сменяемость поколений и пластичность метаболизма обуславливает высокую скорость появления новых признаков и закрепления наиболее полезных в данных условиях.

4.1. Мутации у бактерий.

Скачкообразные изменения генотипа носят название мутаций. Это изменения, возникающие в генетическом аппарате бактерий и передающиеся по наследству. Мутация – событие редкое и обычно происходит с частотой 1·10–4–1·10–10. Это означает, что в популяции мутантной по конкретному признаку (гену) является одна клетка из 104–1010 клеток.

Мутации могут быть спонтанными и индуцированными. Спонтанными называют мутации, возникающие в популяции бактерий без целенаправленного экспериментального вмешательства. Как правило, спонтанные мутации можно объяснить случайными ошибками при репликации ДНК.

Индуцированные мутации возникают из-за воздействия тех или иных факторов - мутагенных агентов, которые существенно повышают частоту возникновения мутаций. Мутагенами могут быть химические, физические и биологические агенты, действующие на генетический аппарат бактерий.

Мутагенные агенты характеризуются неспецифичностью действия, т. е. используя какой-то мутаген, нельзя надеяться на выделение клеток с определенным типом или характером мутаций; мутагены способны только повышать частоту возникновения мутаций.

В результате постановки ряда экспериментов были получены данные, свидетельствующие о том, что у бактерий мутации носят спонтанный и ненаправленный характер (эксперименты С. Лурия, М. Дельбрюка, Г. Ньюкомба и супругов Е. и Дж. Ледерберг). Например, эксперимент Г. Ньюкомба с фагом Т1 и бактериями E. coli прямо свидетельствует о том, что фагоустойчивые мутанты возникают до контакта с фагом в результате спонтанных мутаций. Бактериофаг в этом случае выступает лишь в качестве селективного агента, позволяющего выявить небольшое количество фагоустойчивых мутантов, присутствующих в популяции[2].

Для проявления мутации необходимо, чтобы произошла репликация ДНК и изменение закрепилось в дочерней молекуле. Для фенотипического проявления мутации требуется прохождение транскрипции и трансляции. Так как микроорганизмы существуют не в виде отдельных особей, а в виде популяций, то, как правило, нужно несколько клеточных делений, чтобы новый признак проявился[1].

4.2. Рекомбинация генетического материала прокариот.

Наряду с бесполым способом передачи генов от предков к потомкам у бактерий существует и горизонтальный перенос генов, при котором из клетки-донора в клетку-реципиент передается часть генетического материала (хромосомы), в результате образуется неполная зигота, или мерозигота. Затем переданный фрагмент хромосомы донора спаривается с хромосомой реципиента с последующей рекомбинацией. За рекомбинацией следует процесс репликации ДНК и деления клетки, в результате чего возникают клетки, содержащие только рекомбинантную хромосому, которые называются рекомбинантами.

Существуют три основных способа обмена генетической информацией, или горизонтального переноса генов: конъюгация, трансформация и трансдукция. Эти процессы отличаются друг от друга способом транспортировки ДНК.

Конъюгация – процесс генетического обмена, сопровождающийся переносом генетической информации от клетки донора к клетке-реципиенту, который осуществляется при непосредственном контакте клеток между собой. Перенос генетического материала происходит в одном направлении - от донора к реципиенту и процесс рекомбинации протекает в клетках штамма-реципиента. Рекомбинанты наследуют большинство своих признаков от реципиента, а от донора получают только отдельные фрагменты генома. Установлено, что скорость конъюгации в определенных пределах пропорциональна концентрации бактерий. Обычно донорных бактерий в конъюгационной смеси содержится примерно в 10 раз меньше, чем реципиентных.

К конъюгации относится процесс передачи R-плазмид - внехромосомных генетических детерминант, ДНК которых содержат гены ряда ферментов, обусловливающих устойчивость бактерий к некоторым антибиотикам ионам ртути, сурьмы и кадмия, сульфаниламидам и другим лекарственным препаратам, а также обеспечивающих передачу R-плазмид другим бактериям[9]. Механизмы устойчивости к антибиотикам, определяемые R-плазмидами, как правило, отличаются от механизмов резистентности, детерминируемых хромосомными генами. Если устойчивость определяется генами, локализованными в хромосоме, то она связана с изменением некоторых белков 30S-субъединиц рибосом, в результате чего в клетках изменяется мишень для антибиотика. В отличие от этого, устойчивость, обусловленная R-плазмидами, основана на инактивации антибиотика в результате его аденилирования, фосфорилирования или ацетилирования под влиянием соответствующих ферментов трансфераз, а в некоторых случаях - изменением проницаемости клеточной оболочки для лекарства[2]. Бактериальные штаммы, несущие R-плазмиды, очень часто являются этиологическими факторами «госпитальных» инфекций, которые возникают в замкнутом коллективе в неинфекционной клинике: родильных домах, детских и хирургических отделениях больниц[10].

Трансформацией называется процесс изменения свойств одних бактерий под влиянием экзогенной растворенной ДНК, выделенной из других бактерий. Для трансформации не нужна клетка-донор, а проникновение фрагментов ДНК зависит от физиологического состояния клетки-реципиента (компетентности). Только двухцепочечные фрагменты ДНК значительной молекулярной массы могут быть трансформирующими агентами. В геном может включиться ДНК с определенной степенью гомологии с ДНК реципиента.

Процесс трансформации, начиная с момента добавления ДНК из клеток донорного штамма к культуре реципиента, в общих чертах включает следующие этапы:

  1. Адсорбцию донорной ДНК на поверхности реципиентной клетки.

  2. Поглощение донорной ДНК реципиентной клеткой.

  3. Образование в реципиентной клетке однонитевых фрагментов до-норной ДНК.

  4. Синапс одноцепочечной донорной ДНК с двухцепочечной хромосомой реципиента.

  5. Интеграцию части донорной молекулы ДНК в реципиентную ДНК в результате рекомбинации.

  6. Репликацию рекомбинантной молекулы ДНК.

  7. Экспрессию генов, переданных от донора, т. е. образование трансформантов.

Межвидовая трансформация наблюдается, как правило, лишь у близкородственных бактерий и происходит с меньшей частотой, чем внутривидовая.

Трансдукция – перенос генетической информации (хромосомных генов или плазмид) от клетки-донора к клетке-реципиенту, который осуществляется при участии бактериофагов. Трансдукция основана на том, что в процессе размножения фагов в бактериях могут образовываться фаговые частицы, которые наряду с фаговой ДНК или вместо нее содержат фрагменты бактериальной ДНК. Такие фаговые частицы называются трансдуцирующими. По морфологии и адсорбционным свойствам они ничем не отличаются от обычных фаговых вирионов, но при заражении ими новых клеток передают генетические детерминанты предыдущего хозяина. Таким образом, чтобы осуществить трансдукцию, необходимо размножить фаг на клетках штамма-донора, а затем заразить полученным фаголизатом клетки-реципиента.

При трансдукции фрагменты хромосомы или плазмиды должны упаковаться в головку бактериофага; выйти в составе этой фаговой частицы из клетки-донора в результате ее лизиса и попасть в другую клетку (клетку-реципиент) при новом акте заражения. Белковый капсид фаговой головки предохраняет находящуюся в ней ДНК от разрушения внеклеточными нуклеазами. Поскольку адсорбция хвостового отростка фага на рецепторах поверхности клетки видоспецифична, то и перенос генетического материала при трансдукции может происходить, главным образом, между близкородственными бактериями[2].
5. Заключение

Человечество научилось успешно бороться со многими инфекционными заболеваниями, однако микроорганизмы также видоизменяются под действием факторов окружающей среды и под прессингом лечебных препаратов. Возникла множественная лекарственная устойчивость.

Именно поэтому знания о механизмах и причинах возникновения новых штаммов микроорганизмов очень важны: необходимо делать все возможное, чтобы сдерживать распространение резистентных бактерий - а значит, генов резистентности - как в больницах, так и вне их. Параллельно следует заниматься поиском новых методов борьбы с патогенными микроорганизмами.


6. Список литературы
[1] Микробиология: учебник для студ. высш. учеб. заведений/А. И. Нетрусов, И. Б. Котова, 2006 – 288 с.

[2] Микробиология : учеб. пособие / В. В. Лысак. - 2007. – 434 с.

[3] http://med-ok.forumy2x2.ru/t22-topic

[4] http://meduniver.com/Medical/Microbiology/146.html

[5] http://meduniver.com/Medical/Microbiology/147.html

[6] http://invistra.ru/rus/st_against_antib.php

[7] http://www.gazeta.ru/science/2011/04/29_a_3598605.shtml

[8] PHAGE THERAPY: BACTERIOPHAGES AS ANTIBIOTICS/Elizabeth Kutter, Evergreen State College, Olympia, WA 98505 -- Nov. 15, 1997

[9] http://www.multitran.ru/c/m.exe?t=4306347_2_1

[10] http://immunologja.ru/255/

Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации