Прокофьев Евгений Сергеевич Содержание представителей рода Mycobacterium в воде и обрастаниях аквариумов с замкнутой системой очистки воды

Скачать 0.74 Mb.

Название	Прокофьев Евгений Сергеевич Содержание представителей рода Mycobacterium в воде и обрастаниях аквариумов с замкнутой системой очистки воды
страница	1/9
Тип	Обзор

rykovodstvo.ru > Руководство эксплуатация > Обзор

1 2 3 4 5 6 7 8 9

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Прокофьев Евгений Сергеевич

Содержание представителей рода Mycobacterium в воде и обрастаниях аквариумов с замкнутой системой очистки воды

Выпускная квалификационная работа бакалавра

по направлению подготовки 020400

основная образовательная программа бакалавриата «Биология»

профиль «Клеточная и молекулярная биология»

Работа выполнена на кафедре микробиологии СПбГУ

Научный руководитель:

ст. преп., к.б.н.

Дмитриева Елена Юрьевна

Санкт-Петербург

2017

Оглавление

				Стр.
	Введение			3
1.	Обзор литературы «Микобактерии в замкнутых системах очистки и распределения воды»			5
	1.1.	Таксономическое положение, классификация и идентификация микобактерий		5
	1.2.	Биологические свойства микобактерий		6
		1.2.1	Структурные особенности клеточной стенки микобактерий	6
		1.2.2.	Физиологические особенности и места обитания микобактерий, оценка их численности	9
		1.2.3.	Бактериальные биоплёнки с участием микобактерий	13
		1.2.4.	Микобактерии в симбиозе с Protozoa	16
	1.3	Условно-патогенные микобактерии и их участие в патогенезе у людей и гидробионтов		17
		1.3.1.	Условно-патогенные микобактерии, вызывающие заболевания у гидробионтов	18
		1.3.2.	Условно-патогенные микобактерии, вызывающие заболевания у людей	21
	1.4.	Современные представления об эффективности санации водных систем в отношении условно-патогенных микобактерий		25
2.	Материалы и методы			29
	2.1.	Объект исследования		29
	2.2.	Окраска бактериальных мазков на кислото-спиртоустойчивость		31
	2.3.	Методики проведения идентификационных тестов		31
3.	Результаты и их обсуждение
	3.1.	Оценка численности микобактерий в исследованных образцах		38
	3.2.	Определение оптимального времени оценки кислото-спиртоустойчивости для бактериальных штаммов		34
	3.3.	Идентификация штаммов микобактерий		40
	3.4.	Заключение		44
4.	Выводы			45
5.	Список литературы			46

Введение

В настоящее время всё большое внимание уделяется микробиологическим рискам, связанным с аквакультурой, то есть с искусственным разведением гидробионтов (рыб, ракообразных, моллюсков и др.). Современные объекты аквакультуры все чаще конструируются с замкнутым оборотом воды, её фильтрацией и санацией. На таких объектах создаются условия для формирования специфических биоценозов, в первую очередь, микробиоценоза биофильтров и различных типов обрастаний, включающих как автотрофных, так и гетеротрофных микроорганизмов. Появляется все больше литературных данных о присутствии в подобных биоценозах патогенных и условно-патогенных бактерий, в частности микобактерий, способных повлиять на здоровье объектов аквакультуры и обслуживающего персонала. Ежегодно регистрируется рост количества случаев заболеваний кожи, лимфатических сосудов, легочных и генерализованных инфекций, вызванных у людей нетуберкулезными микобактериями.

Широкому распространению и накоплению микобактерий в замкнутых водных системах с дезинфекцией воды способствует специфическое строение оболочки микобактерий. В ней содержатся гидрофобные миколовые кислоты, снижающие чувствительность микобактерий к дезинфекции, облегчающие их прикрепление к твёрдым поверхностям и последующее образование биоплёнок. Таким образом, на объектах аквакультуры и крупнотоннажной аквариумистике актуально изучать присутствие микобактерий не только в воде, но и в грунте, на водных растения, конструкционных элементах, обрастаниях на стенках и в биофильтрах.

В научной литературе имеются ограниченные данные о содержании микобактерий в водных образцах. Недостатком этих исследований является отсутствие эффективного метода выявления микобактерий и отработанного общепризнанного алгоритма проведения этапов их выявления (Falkinham, 2009).

На кафедре микробиологии СПбГУ на протяжении нескольких последних лет исследуется персистенция санитарно-показательных и условно-патогенных бактерий в водных системах с рециркуляцией санируемой воды на примере крупнотоннажных аквариумов Санкт-Петербургского океанариума. Ранее нами была проведена предварительная оценка содержания микобактерий в воде одного из пресных аквариумов, она составила не менее 10 КОЕ/мл воды (Шакирова, 2016). Был предложен алгоритм выявления этих бактерий из водных образцов. На этом этапе было выделено 3 первых штамма водных условно-патогенных микобактерий.

В соответствии с вышеизложенной целью данной работы было выявление и оценка численности микобактерий в воде и обрастаниях пресноводного крупнотоннажного аквариума Санкт-Петербургского Океанариум, выделение и идентификация новых штаммов микобактерий. Для достижения постановленной цели были сформулированы следующие задачи:

Оценить численность микобактерий в воде и обрастаниях пресноводного аквариума № 4. Сформировать коллекцию штаммов микобактерий.
Определить оптимальное время оценки кислото-спиртоустойчивости для выделенных штаммов при оценке их численности.
Провести идентификацию штаммов микобактерий в коллекции по фенотипическим признакам.

1. Обзор литературы «Микобактерии в замкнутых системах очистки и распределения воды»

1.1. Таксономическое положение, классификация и идентификация микобактерий

По филогенетической классификации, основанной на сходстве генов 16S рРНК, микобактерии отнесены к филе BXXVI Actinobacteria, класс Actinobacteria, подкласс Actinobacteridae, порядок Actinomycetales, подпорядок Corynebacterineae, семейство Mycobacteriaceae, род Mycobacterium. На данный момент описано 185 видов микобактерий (Euzebu, 2017).

Микобактерии – это кислото-спиртоустойчивые бактерии, то есть после окрашивания основным фуксином при нагревании они не обесцвечиваются в кислото-спиртовом растворе (Smithwick, 1976). Это ключевое свойство микобактерий, позволяющее выделить их в отдельный род.

В Определителе бактерий Берджи (Holt et al., 1997) микобактерии выделены в отдельную группу 21. В Определителе указано, что по крайней мере некоторые клетки микобактерий в молодых культурах должны быть кислото-спиртоустойчивыми. В Руководстве по систематике Берги (Magee and Ward, 2012) в описании рода Mycobacterium кислото-спиртоустойчивость отмечается как основной фенотипический признак, проявляющийся хотя бы на одной из стадии жизненного цикла. Это разногласие в отношении возраста культур микобактерий при оценке признака кислото-спиртоустойчивости до сих пор не имеет объяснения в научной литературе.

Микобактерий принято разделять на две группы по скорости роста: медленно- и быстрорастущие (Pedley et al., 2004). Медленнорастущим микобактериям (например, M. marinum) требуется 7-28 дней для образования видимых колоний. Описываются и быстрорастущие микобактерий, например, M. fortuitum, M. chelonae и M. abscessus, которые образуют колонии через 3-5 дней при 37 ^oС (Falkinham, 1996).

Медленно- и быстрорастущие виды микобактерий имеют различия в структуре рРНК и организации генов, кодирующих рРНК. Показано, что медленнорастущие виды микобактерий имеют всего одну копию генов 5S, 16S и 23S рРНК, в то время как геном быстрорастущих микобактерий содержит 2 копии соответствующих генов (Stahl and Urbance, 1990).

Одна копия генов рРНК у медленнорастущих микобактерий приводит к ограничению синтеза белка, что замедляет процесс роста (Falkinham, 1996). С другой стороны, это дает преимущества, например, быстрое накопления мутаций, приводящее к устойчивости к антибиотикам, увеличивается время для адаптации к стрессорным факторам окружающей среды (Primm et al., 2004).

Риньоном (Runyon, 1959) была предложена классификация микобактерий на основе их способности продуцировать пигмент каротиноидной природы Были выделены следующие группы микобактерий: фотохромогенные (культуры на свету приобретают лимонно-желтую окраску), скотохромогенные (в темноте образуют оранжево-желтый пигмент) и нехромотогенные (не пигментируются или имеют слабую желто-розовую окраску).

Дифференциация видов рода Mycobacterium основывается на биохимических тестах, температуре роста и образованию пигмента (Magee and Ward, 2012).

1.2. Биологические свойства микобактерий

Микобактерии имеют вид слегка изогнутых или прямых неподвижных палочек (0,2–0,6 × 1,0–10 мкм). Большинство видов микобактерий демонстрируют неоднородность окрашивания по Граму, но считаются грамположительными. Может встречаться редуцированное ветвление и нитевидные или мицелиальные структуры, которые при механических воздействиях рассыпаются на короткие палочки или кокки. Микобактерии не образуют спор, капсул и конидий. Колонии микобактерий небольшие суховатые, от белого до кремового цвета, но иногда встречаются жёлтые и оранжевые варианты колоний (Magee and Ward, 2012).

Микобактерии – это кислото-спиртоустойчивые бактерии. Удержание красителя обусловлено наличием длинноцепочечных миколовых кислот, покрывающих всю поверхность клеточной стенки сплошным гидрофобным слоем (Brennan and Nikaido, 1995). Именно миколовые кислоты являются причиной многих биологических особенностей микобактерий, влияющих на их физиологию, устойчивость к условиям окружающей среды и распространённость.
1.2.1. Структурные особенности клеточной стенки микобактерий

Главной особенностью микобактерий является наличие гидрофобной, богатой липидами внешней мембраны. Микобактерии являются одними из самых гидрофобных бактерий (van Oss et al., 1975). Это свойство обусловливается наличием длинноцепочечных миколовых кислот во внешней мембране. Вследствие этого микобактерии имеют низкую проницаемость клеточной стенки и медленно растут, поскольку для биосинтеза миколовых кислот требуются большие энергетические затраты (Brennan and Nikaido, 1995).

Гидрофобность микобактерий является основным фактором, определяющим способность переходить в воздушные аэрозоли (аэрозолизацию), образование биоплёнок и устойчивость к антибиотикам и дезинфицирующим средствам. Данные свойства расширяют адаптивный потенциал микобактерий и позволяют им существовать в условиях, губительных для других бактерий (Falkinham, 2009).

Представители рода Mycobacterium имеют клеточную стенку, состоящую из тонкого слоя пептидогликана, с которым ковалентно связывается слой полисахарида арабиногалактана. К последнему ковалентно присоединяются миколовые кислоты – разветвленные высокомолекулярные (60-90 атомов углерода) жирные кислоты. Такая структура клеточной стенки получила название кора клеточной стенки или миколил-арабиногалактан-пептидогликанового комплекса (Brennan, 2003). Схема строения клеточной стенки микобактерий представлена на рис. 1.

Сложные гликолипиды, нековалентно связанные с миколовыми кислотами, образуют второй наружный липидный слой клеточной стенки. В результате формируется атипичная мембраноподобная структура, имеющая значительную толщину (более 10 нм) и очень высокую вязкость и низкую текучесть. Эта структура отличается повышенной стабильностью и крайне низкой проницаемостью. Она представляет собой непреодолимый барьер для высокомолекулярных и подавляющего большинства низкомолекулярных соединений, включая спирты, кислоты, щелочи и антибиотики (Falkinham, 2003).

Слабо разветвленные полимерные молекулы полисахарида арабиноманнана, ковалентно связанные с липидами плазматической мембраны, формируют липоарабиноманнан, обеспечивающий выживание патогенных и условно-патогенных микобактерий внутри макрофагов. Он прикреплён к цитоплазматической мембране, пронизывает клеточную стенку и может выходить на её поверхность. Терминальные фрагменты липоарабиноманнана, прежде всего его маннозные радикалы, неспецифически подавляют активацию Т-лимфоцитов и лейкоцитов периферической крови. Это приводит к нарушению иммунного ответа (Brennan, 2003).
$c:\users\admin\desktop\image-2.jpg$

Рис. 1. Схема строения клеточной стенки микобактерий (Velayati and Farnia, 2016)
Порины, пронизывающие толстую оболочку микобатерий, имеют большую длину и служат для поступления небольших гидрофильных молекул в клетку, в том числе питательных субстратов. К примеру, длина главного порина MspA у M. smegmatis достигает 10 нм при диаметре 2,5 нм. Такая протяженность поринов замедляет поступление веществ в клетку микобактерий (Jarlier and Nikaido, 1994).

Плотность каналов на поверхности клетки микобактерий в 50 раз меньше, чем на наружной мембране E.coli. Показано, что проницаемость поринов M. smegmatis ниже проницаемости поринов E.coli в 1000 раз. Это также снижает проницаемость оболочки микобактерий. Число поринов на поверхности микобактерий определяет различия в чувствительности к агрессивным воздействиям внешней среды, в скорости поступления в клетку различных питательных веществ и скорости роста отдельных видов микобактерий (Engelhardt et al., 2002).

1 2 3 4 5 6 7 8 9

	Бакалавра Работа выполнена на кафедре микробиологии спбгу научный... Выявление представителей рода Mycobacterium в аквариумной воде, находящейся в замкнутой системе очистки		Руководство пользователя Система Elix Advantage 3/5/10/15 Руководство пользователя предназначено для использования с Системой очистки воды Elix или Продвинутой системой очистки воды Elix
	Инструкция по обслуживанию назначение Вами внешний фильтр fzn-1, fzn-2 или fzn-3 предназначен для очистки воды в аквариуме. Фильтры серии fzn предназначены для аквариумов...		Курсовая работа на тему: «Распространение микроорганизмов рода Clostridium... Получение ацетона и бутанола в ходе бактериального брожения представителей рода Сlostridium
	Технологий и физики математика Ворошилов Евгений Сергеевич, Удмуртский государственный университет, drt666@mail ru		Государственный стандарт российской федерации безопасность в чрезвычайных... Ао научно-исследовательским институтом коммунального водоснабжения и очистки воды (ао нии квов) и доработан с участием рабочей группы...
	Трактор t 1 2 Техническая спецификация Фильтр очистки воздуха с сменным сухим элементом и системой предварительной очистки воздуха от загрязненных частиц		Модель и ее обозначение согласно стандартной карты Фильтр очистки воздуха с сменным сухим элементом и системой предварительной очистки воздуха от загрязненных частиц
	Люси Истоки рода человеческого Перевод с английского канд биол наук... Восточной Африке, которые во многом изменили привычную картину происхождения и становления человеческого рода. Связанные с именами...		Инструкция тбу -55 по правилам поведения на воде Перепад температур – от разницы между нагретым на солнце телом и относительно прохладной водой – может вызвать спазм сосудов. Известны...
	Руководство по установке Комплект поставки Необходимо сохранить руководство пользователя и держать его вместе с системой очистки воды. Если возникнет необходимость изменить...		Конспект учебного занятия Дата: 21. 11. 2014 г Закрепить знания по теме «Вода. Водные ресурсы Земли. Качество воды. Загрязнители воды и способы очистки»
	Средство разбавить в воде в соотношении 10 мл на 1 литр воды рекомендуем: 15 Тараканы. Средство разбавить в воде в соотношении 10 мл на 1 литр воды рекомендуем: 15		Ооо «Сибирь-Цео» Назначение: тонкая (финишная) доочистка воды в фильтрах «арго» после комплексной очистки на сорбентах (препятствует выносу загрузки...
	Вниманию руководителей организаций и фирм!!! В справочнике содержится подробная информация по устройству систем водозабора, водоподготовки, очистки и кондиционирования воды,...		Инструкция по монтажу и эксплуатации фильтра доочистки воды ro-600g-cy-b6 Введение Установка обратного осмоса ro-600gpd для очистки воды, разработана для непосредственного подключения к системе коммунально-бытового...

Прокофьев Евгений Сергеевич Содержание представителей рода Mycobacterium в воде и обрастаниях аквариумов с замкнутой системой очистки воды

Похожие: