mikr 15-21

15. Окислительно-восстановительные условия среды. Отношение микроорганизмов к кислороду и механизмы защиты от токсичных форм кислорода
Экофизиологические группы бактерий по отношению к кислороду:
Анаэробы (предпочитают условия окружающей среды без О2).
1.1. Облигатные анаэробы (чувствительны к токсичному действию О2; развиваются только в бескислородных условиях).
Например, метаногены – р. Metanobrevibacter,
Metanosarcina и др.;
сульфатредукторы – р. Desulfovibrio,
Desulfotomaculum и др.
1.2. Аэротолерантные анаэробы (могут расти в присутствии О2).
Например, молочнокислые бактерии
2. Аэробы (нуждаются в О2 для дыхания)
2.1. Облигатные аэробы (используют только О2 как акцептор электронов в дыхании)
Например: Micrococcus, Rhodococcus, Azotobacter и др.
2.2. Микроаэрофилы (используют только О2 как акцептор электронов, требуют при этом пониженной концентрации О2 в среде)
Например, бактерии р. Aquaspirillum, Magnetospirillum – 6-8 % О2; р. Campylobacter – при 5-10 % О2; серные бактерии р. Beggiatoa – 0,6-6,0 % О2.
2.3. Факультативные анаэробы (могут переходить от дыхания к анаэробиозу).
Например, кишечные бактерии сем. Enterobacteriaceae; некоторые фототрофы - пурпурные несерные бактерии).
В анаэробных условиях эта группа прокариот осуществляют процессы брожения, анаэробного фотосинтеза или анаэробного дыхания.
Облигатные аэробы не только используют О2, но и вынуждены защищаться от токсичных продуктов его восстановления:
1. *О2 – синглетный кислород (наиболее реакционно-способная форма О2). Приводит к неконтролируемым реакциям окисления с разрушением компонентов клетки, может окисляться даже лигнин.
Защита от *О2 – образование антиоксидантов (например, каротиноидов).
2. О2- - супероксид, образуется в результате восстановления О2 в процессе дыхания:
О2 +
· О2-
Защита от О2- - образование Е: супероксиддисмутазы (СОД)
Е: СОД осуществляет реакции:
2О2- + 2Н+ = Н2О2 + О2-
О2- +
· + 2Н+ = Н2О2
3. Н2О2 – пероксид водорода, разлагается
Е: пероксидазой:
Н2О2 + НАД·Н2 2 Н2О + НАД+
или Е: каталазой:
2Н2О2 2 Н2О + О2
Определение наличия каталазы по разложению Н2О2 суспензией бактерий с выделением пузырьков О2 – тест на аэробность.
4. ОН* - радикал гидроксила:
Н2О2 +
· = Н2О + ОН*
Восстанавливается до Н2О в клетке:
ОН* +
· + Н+ Н2О
5. О3 – озон. Сильно токсичен для бактерий.
Наиболее мощная защита от токсичных форм кислорода у аэробов (СОД, каталаза, пероксидаза);
у микроаэрофилов нет такой мощной защиты, но есть высокое сродство к О2 развиваются при низкой концентрации О2 в среде (менее 1 мг/л) и полностью удаляют О2.
Каталаза и СОД обнаружены и у некоторых анаэробов.

16. Осмотическое давление и микроорганизмы
По отношению к солености среды выделяют несколько групп прокариот:
Негалофильные. 0,0–4,0 % NaCI.
Обитатели пресных вод чувствительны к 3,5 %-ной
концентрации NaCI. У обитателей почв порог
чувствительности ниже (галотолерантность).
Обитатели ультрапресных вод развиваются при 0,01 %
NaCI (дистиллированная, дождевая вода, вода
сфагновых болот), например: роды Caulobacter,
Spirillum.
2. Морские. 2,5–5,0 % NaCI.
Например: р. Alteromonas, Photobacterium, Rodococcus,
Vibrio и др.
3. Галофилы. 5,0–15,0 % NaCI.
Типичные представители – бактерии р. Halomonas.
4. Экстремальные галофилы. 12,0–32,0 % NaCI.
Сем. Halobacteriaceae и группа Haloanaerobiales, ацетатобразующие бактерии р. Acetohalobium.
Соленость выше 15 % NaCI исключает развитие эукариот, кроме некоторых зеленых водорослей
(р. Dunaliella).
Механизмы и стратегии осмоадаптации прокариот
Для негалофильных бактерий
Осмосенсоры в ЦПМ
Осмопротекторы (осмолиты) – аминокислоты, олигосахариды
Система избирательного накопления в клетках К+
Для морских бактерий:
Накапливают в клетке Na+
Полиамины (спермидин, путресцин и др.)
Для галофильных бактерий:
Накапливают Na+, K+, Mg2+
Осмопротекторы (бетаин, эктоин, глутамат)
Для экстремальных галофилов:
Накапливают Na+, CI-, Mg2+; поглощают из окружающей среды в больших количествах К+ (до 30-40 % сух. вещества клетки). К+ - лимитирующий фактор
Осмопротектор бетаин.

17. Действие антисептиков на микроорганизмы
Антисептик (греч. anti - против, septicos - гнилостный)
соединение, обладающее противомикробными свойствами.
Антисептики обладают
бактериостатическим действием (греч. bakterion - бактерия, stasis – стояние на месте), т.е. останавливают рост бактерий;
бактерицидным действием (греч. bakterion - бактерия, caedere – убивать), т.е. убивают бактерий;
бактериолитическим действием (греч. bakterion - бактерия, lysis – разрушение), т.е. разрушают бактериальную клетку.
Антисептики:
Галогены (I, Cl)
Неорганические и органические кислоты
Окислители (O3, H2O2, KMnO4)
Щелочи
Соли тяжелых металлов
Спирты
Альдегиды
Фенолы
Продукты сухой перегонки органических материалов
Красители
Антисептики растительного и животного происхождения
Сульфамиламиды
Детергенты
Высшие жирные кислоты
Некоторые антибиотики антисептического назначения (грамицидин, стрептоцид и др.).
Многие антисептики относятся к олигодинамическим веществам (греч. oligos - малый, dinamys – сила), т.е. оказывают губительное действие в невысоких концентрациях:
Действуют в разбавлении 1 : 10000 на вегетативные клетки и 1 : 500 – на споры




18. Действие антибиотиков на микроорганизмы

Антибиотики (греч. anti - против, bios - жизнь) – специфические продукты жизнедеятельности или их модификации, обладающие высокой физиологической активностью к определенным группам микроорганизмов или к злокачественным опухолям, избирательно задерживая их рост или полностью подавляя развитие.
Бактериостатическое и бактерицидное действие.
Образование антибиотиков микроорганизмами рассматривается как форма антагонизма между различными видами.
Специфичность действия антибиотиков:
1. Олигодинамичность;
Например, пенициллин в концентрации 1 мкг/мл – бактерицидное действие.
2. Избирательность действия;
Например, бензилпенициллин задерживает рост грамположительных бактерий, не оказывает влияние на грамотрицательных бактерий.
Механизмы действия антибиотиков:
Нарушают синтез пептидогликана клеточной стенки бактерий (пенициллин, цефалоспорин)
Увеличение проницаемости ЦПМ бактерий, а также внешней мембраны грамотрицательных бактерий (полимиксин)
Нарушение процесса синтеза белка (эритромицин)
Подавление синтеза нуклеиновых кислот (рифампицин).
Антибиотикорезистентность у бактерий:
Staphylococcus aureus – к пенициллину
Shigella dizenteriae – к тетрациклину, хлорамфениколу
Haemophillus influenzae – к тетрациклину, ампициллину
Neisseria gonorrhoeae – к ампициллину.
Механизмы резистентности бактерий к антибиотикам
Снижение проницаемости КС для антибиотиков и подавление их транспорта к «мишеням».
Ускоренное выделение антибиотика из клетки.
Модификация «мишеней».
Снижение физиологической значимости «мишени».
Конкурентное связывание антибиотика.
Инактивация антибиотика (
·-лактамазы инактивируют пенициллины и цефалоспорины).
Полирезистентность
19. Электромагнитное излучение и микроорганизмы

Ионизирующее излучение с
· < 200 нм
Источники:
Космические лучи
Радиоизотопы пород, почв, гидро- и атмосферы
Испытание ядерного оружия
Работа АЭС
Применение радиоизотопов в медицине, науке и пр.
Ионизирующее излучение вызывает у бактерий повреждение ДНК (одно- и двуцепочечные разрывы ДНК, образование тиминовых димеров, окисление липидов и др.)
Радиорезистентные формы бактерий. Например, Deinococcus radiodurans.
Механизмы радиорезистентности:
Содержание А + Т в ДНК меньше
Высокая скорость вырезания тиминовых димеров
Способность к репарации одно- и двуцепочечных разрывов ДНК.
Высокое содержание фосфатидилхолина (лецитина) в мембранах
Дальний УФ:
·=220-300 нм
Ближний УФ:
·=300-380 нм
ДНК интенсивно поглощает УФ в области
·=240-300 нм с пиком поглощения
·=254 нм
Мутагенный и летальный эффект: димеризация тимина и цитозина, сшивки ДНК с белком, разрывы цепей ДНК, денатурация ДНК.
Механизмы УФ-резистентности:
Синтез каротиноидов
Отрицательный фототаксис
Репарация ДНК
Синтез каталазы и СОД, защищающих от активных форм кислорода, возникающих при облучении.
При
· = 300 – 750 нм (ближний УФ + видимый свет) – оксигенный фотосинтез прокариот (цианобактерии)
При
· = 300 – 1100 нм (ближний УФ + видимый свет + ближний ИК) – аноксигенный фотосинтез прокариот
Для излучения с
· > 1100 нм - не зарегистрировано каких-либо биологических эффектов, основное действие ИК-излучения: ускорение движения молекул (нагревание)

20. Взаимоотношения бактерий с вирусами
Вирусы – внутриклеточные паразиты бактерий – бактериофаги (греч. bakterion - бактерия, phagos - пожирающий).
Бактериофаги широко распространены (в почве, воде, экскрементах человека и животных) и обнаружены более, чем у 100 видов бактерий: БГКП, Staphylococcus, Streptococcus, Mycobacterium, Corynebacterium, Pseudomonas, Bacillus и пр.
Бактериофаги по типу взаимодействия с бактериальной клеткой бывают:
Вирулентные бактериофаги
Умеренные бактериофаги
Лизогения, профаг, конверсия
Использование бактериофагов:
Для определения бактерий (сибиреязвенных, стафилококковых, сальмонеллезных и др.).
Для обнаружения бактерий – патогенов во внешней среде.
Для лечения инфекций животных и человека.

21. Формы взаимоотношений бактерий

Конкуренция (лат. concurrere – сталкиваться) – взаимоотношения между организмами одного или разных видов, соревнующихся за одни и те же ресурсы внешней среды при недостатке последних.

1.1. пассивная – потребление одинаковых пищевых субстратов;
1.2. активная – продукты обмена одного из конкурентов подавляют жизнедеятельность другого
Стратегии адаптации:
Генералисты (например, рр. Bacillus, Pseudomonas). Используют широкий спектр органических соединений.
Специалисты (например, метилотрофы). Нуждаются для роста в строго определенном веществе или могут использовать ограниченное число субстратов.
Стратегии роста:
r-стратегия (r – скорость размножения). r-стратеги обладают высокой удельной скоростью роста, которая приближается к максимальной при освоении субстрата или местообитания. Это колонизаторы, пионерные формы, копиотрофы.
К-стратегия (К – показатель верхнего предела численности популяции). К-стратеги приспособлены к существованию при насыщении емкости среды обитания, это представители климаксного сообщества. Олиготрофы.
L-стратегия (L – англ. low - низкий). L – стратеги – организмы, для которых характерно поддержание стабильного, но минимального уровня численности популяции – на грани элиминации. Характерна для бактерий, образующих покоящиеся формы.
По отношению к конкурентоспособности:
r-стратеги слабо адаптированы к условиям обостренной конкуренции и резко снижают численность при действии неблагоприятных факторов.
К-стратеги – высокая конкурентоспособность, поддерживают численность за счет предельной дифференциации экологических ниш и наиболее полного субстрата.
L- стратеги – конурентноспособны за счет образования покоящихся форм
Комплексность экологической стратегии
Экологическая стратегия большинства бактерий содержит ряд составляющих, обладающих чертами различных общих типов стратегий – r-, K- и L-стратегии.
На результат конкуренции могут влиять дополнительные факторы. Например, температура.
Так, при совместном выращивании Spirillum sp. и Pseudomonas sp.:
при +160С доминировала бактерия Spirillum sp.
при +20С – бактерия Pseudomonas sp.
2. Синтрофия (греч. syn – вместе; trophe – пища, питание) – способность двух или более видов бактерий осуществлять такой процесс, который ни один из них не может осуществлять отдельно.
Синтрофию рассматривают как частный случай симбиоза (греч. symbiosis – совместная жизнь) – различные формы совместного существования различных организмов (комменсализм, паразитизм, мутуализм и пр.).
Основа синтрофии: 1) передача фактора роста;
2) образование одним организмом субстрата, обеспечивающего развитие другого; 3) удаление одним организмом продукта, токсичного для другого.
Пример: синтрофия, основанная на обмене субстратом
при разрушении бактериями целлюлозы в среде, лимитированной по азоту.
2 компонента ценоза:
Целлюлозоразрушающие бактерии (ЦРБ): целлюлоза ( органические кислоты и пр. Нуждаются в связанных формах азота.
Азотфиксирующие бактерии:
N2 ( NH4+ (р. азотфиксации); NH4+ ( ЦРБ
от ЦРБ получают продукты расщепления целлюлозы, используют их в качестве источника углерода.
Некоторые бактерии не могут развиваться в чистой культуре – это облигатные синтрофные бактерии:
Syntrophomonas wolfei
Syntrophobacter wolinii
живут только в ассоциации с сульфатвосстанавливающими или с метанобразующими бактериями.
Практическое значение: полимикробность бактериальных инфекций
Например, болезнь легионеров (Legionella pneumophila + Haemophilus influenzae + Neisseria meningitidis; эти бактерии снабжают легионеллу факторами роста, в т.ч. цистеином)
3. Антагонизм (гр. antagonisma – спор, борьба) – взаимоотношения между микроорганизмами, при которых один вид задерживает или полностью подавляет рост другого. Если угнетение взаимно – аменсализм ( лат. a – отказ, mensa – стол, трапеза).
Угнетение конкурентов связано:
С накоплением в среде продуктов обмена, прежде всего кислот и щелочей (молочнокислые бактерии, уксуснокислые бактерии, уробактерии и др.);
С образованием экзоферментов (протеаз, лизоцимов), которые разрушают клетки видов – конкурентов. Бактерии рода Lysobacter ( протеазы в среду ( лизис грамположительных и грамотрицательных бактерий, водорослей, дрожжей, грибов, нематод.
Образование антибиотиков.
4.Паразитизм. Известны немногочисленные случаи паразитизма среди прокариот. Например,
Бактерии р. Metallogenium паразитируют на клетках бактерий, водорослей, грибов.
Бактерия Vampirovibrio chlorellavorus – на живых клетках хлореллы.
5. Хищничество.
Бактерии р. Bdellovibrio – на грамотрицательных бактериях, в том числе на БГКП.
6.Симбиоз. Например, образование консорциума (лат. consortium – соучастие, сотоварищество). В консорциуме клетки двух видов объединены в «единый организм».
Например, консорциум Pelochromatium roseum

Объект 115

Приложенные файлы

  • doc 17924117
    Размер файла: 226 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий