Лекция для студентов

Лекция для студентов

Содержание:

Введение............................................................................................................................................. 3

Строение и жизнедеятельность бактерий....................................................................................... 3

Различие бактерий по форме и мембране....................................................................................... 8

Бактериальные инфекции и лекарственные средства................................................................... 9

Бактериальные заболевания............................................................................................................. 9

Введение

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.

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.

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 ® 2H2O), железа (Fe2+ ® Fe3+) или серы (2S + 3O2 + 2H2O ® 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

Различие бактерий по форме и мембране.

В связи с сложностью классификации бактерий в современной науке есть 2 варианта классификации. По типу мембраны и по форме.

По типу мембраны бывают: 1. Безмембранные. 2. С тонкой мембраной 3. С толстой мембраной.

По форме:

Бактериальные инфекции и лекарственные средства

Создание лекарственных средств, способных предупреждать и излечивать бактериальные инфекции, - важнейшее достижение XX века, обеспечившее резкое снижение заболеваемости и увеличение продолжительности жизни. Во всем мире антибактериальные препараты принадлежат к числу наиболее часто прописываемых. Эти препараты спасают множество жизней. Однако при их неправильном применении увеличивается стоимость лечения, возникают побочные эффекты и нежелательное взаимодействие с другими лекарственными средствами, появляются устойчивые штаммы бактерий, из-за чего многие антибактериальные препараты утрачивают терапевтическую ценность.

Лечение бактериальных инфекций должно основываться на знании препаратов (механизмов их действия, фармакокинетики, побочного действия и взаимодействия с другими лекарственными средствами), на определении in vitro чувствительности бактерий к этим препаратам и на понимании причин устойчивости некоторых бактерий к ним. Кроме того, необходимо учитывать особенности заболевания у конкретного больного, такие, как локализацию инфекционного очага, состояние иммунной и выделительных систем.

В настоящей главе изложены сведения, необходимые для грамотного выбора антибактериальных препаратов. К антибактериальным препаратам относятся все природные, синтетические или полусинтетические соединения, обладающие бактерицидным или бактериостатическим действием, тогда как антибиотики - это только те соединения, которые синтезируются живыми организмами, либо их синтетические аналоги.

Бактериальные заболевания

В связи со спецификой своей специальности я хочу рассказать вам о бактериальных заболеваниях на примере аквариумных рыб.

В каждом аквариуме существуют бактерии, выполняющие множество важных функций, например, разложение аммония, нитритов и нитратов. Но в любом аквариуме также присутствуют и вредные, болезнетворные бактерии. При внимательном уходе они не доставляют рыбам каких-либо проблем, так как активная иммунная система сильной рыбы самостоятельно справляется с бактериальными инфекциями.

Бактерии также являются возбудителями большого числа заболеваний, которые не всегда легко обнаружить.

Стресс, плохое состояние воды, неправильное кормление, переносимые болезни сильно ослабляют организм рыбы и делает ее подверженной бактериальным заболеваниям.

1 Витилиго

Витилиго вызывается разными видами бактерий. Проявляется в виде белых или серо-белых мутных пятен на плавниках и коже. Слизистая оболочка местами вскрывается, становятся видны области без чешуи. В случае, когда заболевание перешло в стадию значительного разрушения кожи, одного жидкого средства SERA baktopur не всегда бывает достаточно. Необходимо дополнительно применить SERA baktopur direct. Оба лекарства увеличивают эффективность действия друг друга, если применяются одновременно и в полной дозировке.

2 Плавниковая гниль

Плавниковая гниль вызывается бактериями, присутствующими в каждом аквариуме. Здоровые рыбы не заражаются, иммунная система надежно защищает их от бактерий. Заболевание проявляется у рыб, перенесших стресс, после возможной раны, полученной при транспортировке, или живущих в перенаселенном аквариуме. Плавниковая гниль также может сопровождать и другие заболевания, как, например, инфекция Columnaris, грибковые инфекции, раны и, как следствие, заражение паразитами. Плохие гигиенические условия, загрязненная вода и наличие бактерий способствуют быстрому развитию болезни. Разложение плавников начинается с краев и достигает их основания в последней стадии болезни. Откладывать лечение нельзя. SERA baktopur подавляет бактерии и позволяет быстро отрастать разрушенным частям плавников.

3 Бактериальное гниение жабр

Бактериальное гниение жабр может появляться вследствие поражения слизистой оболочки жабр паразитами. Бактерии попадают в жабры из воды и вызывают разложение их тканей. Отмершие волокна жабр приобретают бело-серый цвет. Их хорошо видно, если приподнять жаберную крышку. SERA baktopur эффективно уничтожает болезнетворные микроорганизмы и способствует заживлению ран. Но разрушенные жаберные волокна не восстанавливаются. Ввиду того, что жабры хорошо снабжаются кровью, бактерии могут попасть в систему кровообращения и заразить внутренние органы рыбы. Поэтому необходимо одновременно провести курс лечения с SERA baktopur direct. В этом случае бактерии, попавшие в кровь, не будут распространяться внутри организма.

4 Columnaris

Инфекцию, вызванную бактерией Columnaris, можно определить по белому "пуху" в области рта, на плавниках и на краях чешуек, образованному близко стоящими друг ко другу тонкими нитями. Белые зоны быстро распространяются по коже рыбы. На последней стадии плавники могут разлагаться, начиная с краев, и рыба стоит, покачиваясь, у поверхности воды. Так как данная инфекция распространяется очень быстро и все рыбы подвергнуты опасности заражения, особенно важно незамедлительно начать лечение. Мы рекомендуем обязательно применять одновременно sera baktopur и sera baktopur direct.

Бактерия Columnaris предпочитает щелочную воду, поэтому понижение рН меньше 7 с помощью SERA pH-mlnus поможет лечению в случае, если рыба переносит такое понижение.

Внутренние бактериальные инфекции могут проявляться по-разному. Рыбы начинают беспорядочно плавать, вращаться, покачиваться, описывать круги. Реакция рыб замедляется вплоть до полного безразличия. Продолжительность болезни рыбы до ее гибели может быть различной и зависит от того, какие внутренние органы поражены.

5 Кровавые воспаления на коже

Небольшие кровавые области на коже, кровоточащие воспаления в районе анального отверстия и оснований плавников - типичные симптомы поражения рыбы бактериями Aeromonas и Pseudomonas. Иногда язвы образуются на коже и мышцах рыбы, прорываются и кровоточат. Поэтому лечение с SERA baktopur direct необходимо начинать сразу после того, как симптомы были замечены. Действующее вещество SERA baktopur direct быстро проникает в организм через жабры и кишечник и действует изнутри рыбы.