H. В. Прозоркина, П. А. Рубашкина
Основы микробиологии,
вирусологии и иммунологии
Предисловие
Глава 1 Предмет микробиологии. История ее развития
§ 1. Основы классификации и морфологии микроорганизмов
§ 2. Ультраструктура бактерии
Глава 2 Физиология микроорганизмов
§ 1. Питание бактерий
§ 2. Дыхание бактерий
§ 3. Ферментативная активность бактерий
§ 4. Рост и размножение микроорганизмов
§ 5. Пигментообразование у бактерий
§ 6. Питательные среды и микробиологическое исследование
§ 7. Практическая часть
Глава 3 Влияние факторов внешней среды на микроорганизмы
§ 1. Физические факторы
§ 2. Химические факторы
§ 4. Уничтожение микроорганизмов в окружающей среде
§ 5. Бактериофаги
§ 6. Генетика бактерий
§ 7. Практическая часть
Глава 4 Учение об инфекции
§ 1. Понятие инфекции
§ 2. Методы лабораторной диагностики инфекционных заболеваний
§ 3. Основы эпидемического процесса
§ 4. Заболевания инфекционной природы.
Глава 5 Учение об иммунитете
§ 1. Понятие об иммунитете
§ 2. Неспецифические факторы защиты
§ 3. Специфические факторы защиты
§ 4. Антитепа и антитепоозразование
§ 5. Реакции иммунитета
§ 6. Иммунопрофилактика и иммунотерапия инфекционных болезней человека
§ 7. Аллергия. Анафилаксия
§ 8. Практическая часть
Глава 6 Кишечная микрофлора здорового человека
§ 1. Краткая характеристика кишечной микрофлоры здоровых людей
§ 2. Дисбактериоз
Глава 7 Патогенные кокки
§ 1. Род Echerichia
§ 2. Род Shigella
§ 3. Род Salmonella
§ 4. Практическая часть
§ 5. Род proteus
§ 6. Род Klebsiella
§ 7. Род Yersinia
Глава 8 Патогенные кокки
§ 1. Род staphILococcus
§ 2. Род streptococcus
§ 3. Род neISserla
§ 4. Практическая часть
Глава 9 Сем. Voibrionaceae
§1. Род Vibrio
Глава 10 Воздушно-капельные инфекции
§ 1. Род Mycobacterium
§ 2. Род Corinebacterium
Глава 11 Зоонозные инфекции
§ 1. Возбудитель сибирской язвы
§ 8. Возбудитель бруцеллеза
Глава 12
§ 1. Возбудитель ботулизма
Глава 13
§ 1. Общие понятия о вирусах
§ 2. Вич-инфекция
§ 3. Вирусы гепатита а, в и с
§ 4. Вирус полиомиелита
§ 5. Вирус бешенства
§ 6. Цитомегаповирусная инфекция
§ 7. Клещевой энцефалит
§ 8. Вирус краснухи
Глава 14 Основы медицинской паразитологии
§ 1. Паразитология
§ 2. Основные виды простейших, вызывающих заболевания у человека
§ 3. Основные виды гельминтов, вызывающих заболевания у человека
Глава 15 Санитарно-микробиологические исследования
§ 1. Значение санитарной микробиологии и ее задачи
§ 2. Микрофлора воздуха
§ 3. Санитарно-микробиологическое исследование воды
§ 4. Микрофлора почвы
§ 5. Отбор проб и предварительная обработка почвенных образцов для анализа
§ 6. Санитарно-микробиологическое исследование пищевых продуктов
§ 7. Отбор, направление и подготовка проб для лабораторного исследования
§ 8. Санитарно-микробиопогическое
§ 9. Саннтарно-мнкробиопогическое исследование мяса и мясных продуктов
§ 10. Исследование консервов
§ 11. Саннтарно-бактериологический контроль методом исследования смывов
§ 12. Госпитальные инфекции
§ 13. Основные мероприятия в профилактике внутрибопьничных инфекций
§ 14. Санитарно-микробиологическое исследование объектов окружающей среды в лечебно-профилактических учреждениях
Словарь терминов
Список литературы
Предисловие
Миллионы лет назад на Земле появились патогенные микроорганизмы и лишь на рубеже XIX—XX вв. был достигнут решающий перелом в борьбе с болезнями, вызываемыми этими микроорганизмами.
Но на пороге 2002 г. перед медициной встали новые проблемы: ухудшение эпидемиологической обстановки по многим инфекциям, быстрое старение населения, увеличение людей с иммунодефицитами, что способствует широкому распространению заболеваний, вызываемых условно-патогенными микроорганизмами. Все это предъявляет возросшие требования к подготовке студентов в плане изучения возбудителей инфекционных заболеваний, с их идентификацией и дифференциальной диагностикой.
При изучении предмета «Основы микробиологии, иммунологии и вирусологии» студенты приобретают основные знания, умения и навыки в соответствии с требованиями Государственного стандарта. Предмет микробиологии состоит из общей части и специальной. Студенты получают основные представления о роли и свойствах микроорганизмов, их распространении, влиянии на здоровье человека. Настоящее учебное пособие по микробиологии поможет учащимся средних медицинских учебных заведений в освоении этого интереснейшего предмета. Авторы постарались как можно доступней изложить научный материал, который содержит современную информацию по программе преподавания микробиологии.
Данное учебное пособие включает общую микробиологию и частную, а также даны основы вирусологии. Каждая тема содержит теоретический материал и алгоритм манипуляций, которыми должен овладеть студент в процессе изучения этого предмета. После каждой темы даются вопросы для самоконтроля и взаимного контроля. Для достижения большей эффективности самоподготовки авторы в конце книги дали справочник терминов.
Глава 1 Предмет микробиологии. История ее развития
Микробиология — это раздел биологии, изучающий закономерности жизни и развития микроорганизмов в их единстве с окружающей средой. Эта наука изучает свойства микроорганизмов, а также их влияние на макроорганизмы. Бактерии заселили Землю много миллиардов лет назад, задолго до появления первых высших растений и животных, а в настоящее время представляют самую многочисленную и разнообразную группу живых организмов.
Обилие материала, накопленного за период научного развития микробиологии, обусловило необходимость разделения этой науки на ряд специализированных направлений:
1. Общая микробиология — изучает строение и жизнедеятельность микроорганизмов, их распространение в природе, наследственность и изменчивость.
2. Медицинская микробиология — изучает микроорганизмы, вызывающие заболевания человека, и процессы, происходящие в организме при внедрении болезнетворных микроорганизмов.
3. Сельскохозяйственная микробиология или агромикробиология, изучает микроорганизмы, играющие роль в повышении плодородия почвы, создании удобрений.
4. Ветеринарная микробиология изучает микроорганизмы, вызывающие заболевания животных.
5. Промышленная — изучает микроорганизмы, которые используют в производстве пищевых продуктов, антибиотиков и других лекарственных веществ, создает способы защиты от вредного воздействия.
Основной задачей микробиологии является изучение свойств микроорганизмов, которые окружают нас повсюду—в воде, почве, организме человека и животных, с целью использования полезных для человека свойств микроорганизмов в различных отраслях народного хозяйства, а также микроорганизмов, вызывающих заболевания человека и животных, с целью воздействия на них специфической терапией и профилактики инфекционных заболеваний.
Кроме того, в санитарно-бактериологических лабораториях проводят исследования с целью выявления степени микробного загрязнения внешней среды и различных объектов — роддом, хирургические отделения и т. д.
Медицинская микробиология подразделяется на:
бактериологию — наука о бактериях; вирусологию — наука о вирусах; иммунологию — наука о механизмах защиты организма от патогенных и непатогенных агентов; микологию, изучающую патогенные для человека грибы;
* протозоологию — изучает одноклеточные патогенные организмы;
* паразитологию — изучает гельминтов.
Задачей медицинской микробиологии является разработка методов лабораторной диагностики инфекционных болезней с целью создания медицинских препаратов для их предупреждения и лечения.
Одновременно с развитием медицинской микробиологии формировалась иммунология. И чуть позднее санитарная микробиология, изучающая санитарно-микробиологическое состояние окружающей среды и пищевых продуктов. Медицинская микробиология развилась в результате изучения инфекционных болезней. Однако еще до того, как открыли микроорганизмы, человечеству были знакомы заболевания. И уже в трудах Гиппократа появляются предположения о связи заразных болезней и особых болезнетворных испарений, которые он назвал «миазмами».
В трудах учеными Древней Греции Гиппократом (460— 377 до н. э.), Лукрецием (95—55 н. э.), Галеном (131—211 до н. э.) была высказана гипотеза о живой природе возбудителей заразных заболеваний.
Народы Азии имели определенные представления о заразности лепры (проказы) и проводили изоляцию больных этой инфекцией. Авиценна считал, что причиной возникновения заразных болезней являются невидимые простым глазом живые существа, передающиеся через воду и воздух.
Но лишь с развитием химии, физики, медицины в эпоху Возрождения и в период промышленной революции XVI— XVII вв. в Западной Европе и России стали накапливаться наблюдения и научные исследования сущности инфекционных болезней.
Впервые увидел и описал микробы голландский ученый А. Левенгук (1632—1723), который изобрел двояковыпуклые линзы с увеличением в 160 раз. Он первый подметил, как кровь движется в капиллярах, а также увидел в семенной жидкости сперматозоиды. В свои самодельные лупы ученый разглядывал все — дождевую воду, мясо, глаз мухи. Каково же было его изумление, когда в зубном налете, в капле воды и многих других жидкостях он увидел множество живых организмов.
Открытия Левенгука вызвали живейший интерес у многих ученых и послужили толчком к изучению микромира. Но только через 150—200 лет были выяснены причины бро- жения, гниения, установлена роль микроорганизмов в этиологии инфекционных болезней, круговорота азота, углерода и других веществ в биосфере.
Уже на первых этапах развития микробиологии были сделаны попытки связать ее с практическими задачами борьбы с инфекционными заболеваниями.
Русский врач Самойлович (1744—1805), опираясь на богатый опыт борьбы с чумой, пришел к выводу, что чума вызывается «особливым и совсем отменным существом». Чтобы доказать свое предположение, в 1771 г. Самойлович ввел себе заразный материал, взятый от человека, выздоравливающего от бубонной формы чумы. За глубокое изучение чумы Самойлович был избран почетным членом западноевропейских академий.
Одна из наиболее интересных глав в истории микробиологии — это создание метода оспопрививания. В XVIII в. в Париже от оспы умерло 20 тыс. человек, в Неаполе — 16 тыс. человек. Английский врач Эдуард Дженнер заметил, что доярки, которые заражались оспой при доении больных коров, не заражались при контакте с больными людьми. В1796 г. Э. Дженнер привил здоровому мальчику содержимое гнойного пузырька от коровы, больной оспой. Через 1,5 месяца он привил ему материал от человека, больного оспой. Мальчик не заболел. С тех пор прививки принесли человечеству избавление от этой страшной болезни. Однако открытия, сделанные в первой половине XIX в., убедительно доказали роль патогенных микроорганизмов в возникновении инфекционных заболеваний.
Середина XIX в. явилась поворотным этапом в развитии микробиологии. В этот период она обогатилась новыми данными из физики, химии и биологии. Самым гениальным ученым XIX в. по праву был признан француз Луи Пастер (1822—1895). Это был удивительный человек, который добился упорным трудом очень многого. Когда Па-стер уже был всемирно известным ученым, он сказал: «В жизни нужно посвятить все усилия, чтобы наилучше делать то, на что способен. Позвольте сообщить вам секрет моей удачи. Моя единственная сила — это мое упорство». В 26 лет у Л. Пастера было готово две докторские диссертации — одна по химии, другая — по физике. А вот открытия, которые совершил ученый в области микробиологии: впервые доказал, что брожение это — не химический процесс, а биологический — и есть результат жизнедеятельности дрожжевых грибков. Также Л. Пастер доказал, что некоторые микроорганизмы могут жить и размножаться без кислорода.
Чтобы рассказать о заслугах Л. Пастера, надо написать целую книгу. Впервые в истории науки Пастером были разработаны методы уничтожения микроорганизмов при воздействии на них высоких температур. Этот метод был положен в основу стерилизации. В 1879 г., работая с возбудителем куриной холеры, Пастер установил, что в определенных условиях культивирования патогенные микробы теряют свою вирулентность. На основе этого открытия он создает вакцины. В 1885 г. Пастер предложил прививки против бешенства. Научные открытия Л. Пастера показали роль микроорганизмов в возникновении инфекции. Он научился выращивать бактерии в искусственных питательных средах, но не знал способа обнаружения возбудителя в каждом отдельном случае инфекции.
Большое значение для медицинской микробиологии имели открытия немецкого ученого Роберта Коха (1843—1910), который обогатил микробиологию совершенными методами исследования. Им и его учениками в практику лабораторной техники введены плотные питательные среды (картофель, желатин, свернутая сыворотка, МПА), анилиновые красители, иммерсионная система, микрофотографирование. Благодаря усовершенствованию техники и методики микробиологических исследований Р. Кох окончательно установил этиологию сибирской язвы, открыл возбудителя туберкулеза (1882), холеры (1883) и получил из туберкулезных микробактерий туберкулин. Ученый подробно исследовал ра- невые инфекции и разработал способ выделения в чистой культуре патогенных бактерий.
В этом же году проводил исследования по изучению мозаичной болезни табака Д.И. Ивановский (1864—1920). Он пришел к выводу, что эту болезнь вызывает агент, который не растет на питательных средах и проходит через фильтры. Это была первая работа, доказавшая вирусную природу инфекционных болезней.
Успехи медицинской микробиологии в области этиологии инфекционных болезней обусловили необходимость изучения механизмов защитных реакций организма от инфекционных агентов. Первым ученым, показавшим, что многие клетки организма (лейкоциты, селезенки, костного мозга и пр.) способны захватывать и переваривать чужеродные различные элементы, в том числе и бактерии, был И.И. Мечников (1845—1916). Такие клетки он назвал «фагоцитами» (от греч. фаго — пожираю, цитоз — клетка), а открытое явление «фагоцитозом».
В 1908 г. за это открытие ученый получил Нобелевскую премию.
Так же И.И. Мечников много работал над вопросами продления жизни. Он считал, что человек должен жить 100— 120 лет и что преждевременная старость «есть болезнь, которую надо лечить». Причину преждевременной старости Мечников видел в систематическом отравлении организма ядами гнилостных бактерий, которые населяют толстый кишечник человека. Поэтому он советовал употреблять пищу, содержащую мол очно-кислые бактерии. Именно они создают в кишечнике кислую среду, которая оказывает неблагоприятное воздействие на гнилостные микробы. Дважды И.И. Мечников подвергал себя смертельной опасности, чтобы проверить правильность своих предположений. Один раз он ввел в свой организм кровь больного тифом, чтобы проверить, как происходит заражение этой болезнью. Ученый перенес тяжелую форму возвратного тифа, но убедился, что заражение происходит через кровь. Второй раз он заразил себя ослабленными микробами холеры, чтобы на себе проверить их действие.
В 1886 г. Мечников организовал в Одессе первую в стране бактериологическую станцию и создал школу микробиологов. Но его прогрессивные взгляды в научной и общественной жизни вызвали недовольство царского правительства и с 1887 г. до конца жизни он жил в Париже и работал в институте Пастера.
Большой вклад в развитие медицинской микробиологии внесли русские ученые. Вот их имена.
Ф. А. Леш (1840—1903) наблюдал в испражнениях больного дизентерией амебы.
П. Ф. Боровский (1863—1932) открыл возбудителя кожного лейкоманилеза.
С. Н. Виноградский (1856—1953) — основатель сельскохозяйственной микробиологии. В 1890 г. открыл нитрифицирующие бактерии и изучил их значение в круговороте азота в природе.
Г. Н. Габричевский (1860—1907) — основоположник московской микробиологической школы. Исследовал скарлатину, дифтерию и другие инфекции. Он организовал в Москве производство противодифтерийной сыворотки и лечил детей, больных дифтерией.
Г. Н. Минх (1836—1896) и О. О. Мочутковский (1845— 1903) в опытах на себе установили заразность возвратного и сыпного тифа и пришли к заключению, что эти болезни передаются кровососущими насекомыми.
Среди советских ученых, внесших существенный вклад в развитие микробиологии, можно назвать следующие имена.
П. Ф. Здрадовский (1890—1976) — автор классических трудов по изучению бруцеллеза и риккетсиоза создал и внедрил в практику ряд профилактических и лечебных препаратов. Занимался вопросами иммунологии малярии и кишечных заболеваний, вызванных простейшими.
М. И. Чумаков и А. А. Смородинцев — ученые периода небывалого расцвета советской микробиологии (1950— 1970 гг.). Ими и другими микробиологами внедряются вакцины из ослабленных возбудителей чумы, туляремии, бруцеллеза, разработана вакцина против полиомиелита.
Л. А. Зильбер — микробиолог, эпидемиолог. Открыл переносчика и возбудителя весенне-летнего энцефалита. Им создана вирусогенетическая теория происхождения злокачественных опухолей.
З.В. Ермольева (1898—1975) изучала холеру и меры борьбы с ней. Она впервые в СССР получила пенициллин, который в годы Великой Отечественной войны спас тысячи жизней.
Дальнейшее развитие микробиологии тесно связано с успехами молекулярной биологии и генетики. Эти разделы поднимают науку на более высокий и современный уровень. Расшифровка основных принципов кодирования генетической информации в ДНК бактерий, а также универсальность генетического кода бактерий и вирусов позволили установить общие молекулярно-генетические закономерности, свойственные высшим организмам.
К настоящему времени генная инженерия внесла новые идеи и методы в производство широкого спектра биологически активных веществ. В начале XXI в. микробиология составляет одно из основных направлений медицины, открывая новые горизонты для различных ее дисциплин.
§ 1. Основы классификации и морфологии микроорганизмов
Морфологический период развития микробиологии (XVII—XVIII вв.) не дал возможности классифицировать микроорганизмы, так как царил описательный период, т. е. морфологический. В течение XIX столетия был накоплен большой материал о различных свойствах микроорганизмов, постепенно увеличивался список видов микробов, и возникла необходимость систематики и их номенклатуры. И лишь в 1923 г. американский ученый Д. Берги выпустил первый международный определитель бактерий, который впоследствии дополнялся и изменялся.
С 1 января 1980 г. для микроорганизмов принята Единая международная классификация, в основе которой лежит система Берги.
Основными ступенями всех классификаций являются: царство — класс — порядок — семейство — род — вид. Главной классификационной категорией является вид — совокупность организмов, имеющих общее происхождение, сходные морфологические, физиологические признаки и обмен веществ.
Мир микроорганизмов делится на 2 группы: эукариоты и прокариоты. Бактерии относятся к царству прокариотов, представители которых, в отличие от эукариотов, не обладают оформленным ядром. Наследственная информация у прокариотов заключена в молекуле ДНК, располагающейся в цитоплазме клетки.
Внутри вида существуют варианты: морфоварианты, или морфовары, отличающиеся по морфологии; биовары — по биологическим свойствам, хемовары — по ферментативной активности, серовары — по антигенной структуре, фагова-ры — по чувствительности к фагам.
Для обозначения микроорганизмов принята общебиологическая бинарная (двойная) номенклатура. Первое название обозначает род и пишется с прописной буквы. Второе название обозначает вид и пишется со строчной буквы. Например, Staphylococcus aureus — стафилококк золотистый, S. aureus.
Медицинская микробиология, главным образом, изучает патогенные бактерии, вирусы, простейшие, спирохеты, микоплазмы, риккетсии, хламидии. Большинство микробов представляют собой невидимые невооруженным глазом одноклеточные (бактерии, актиномицеты, спирохеты, простейшие), неклеточные (вирусы), а также многоклеточные организмы (сине-зеленые водоросли, некоторые грибы, хлами-добактерии).
Бактерии (от лат. bacteria — палочка) — это одноклеточные организмы, лишенные хлорофилла. По биологическим свойствам — прокариоты. Размеры от 0,1 до 0,15 микрометра до 16—28 мкм. Размеры и форма бактерий непостоянны и меняются от влияния среды обитания.
По внешнему виду бактерии делятся на 4 формы: шаровидные (кокки), палочковидные (бактерии, бациллы и клос-тридии), извитые (вибрионы, спириллы, спирохеты) и нитевидные (хламидобактерии).
1. Кокки (от лат. coccus — зерно) — шарообразный микроорганизм, бывает сферической, эллипсовидной, бобовидной и ланцетовидной формы. По расположению, характеру деления и биологическим свойствам кокки подразделяются на микрококки, диплококки, стрептококки, тетракокки, сар-цины, стафилококки.
Микрококки характеризуются одиночным, парным или беспорядочным расположением клеток. Они являются сап-рофитами, обитателями воды, воздуха.
Диплококки (от лат. diplodocus — двойной) делятся в одной плоскости и образуют кокки, соединенные по две особи. К диплококкам относятся менингококки — возбудители эпидемического менингита и гонококки — возбудители гонореи и бленнореи.
Стрептококки (от лат. streptococcus — витой), делящиеся в одной плоскости, располагаются цепочками различной длины. Имеются патогенные для человека стрептококки, вызывающие различные заболевания.
Тетракокки (от лат. tetra— четыре), располагающиеся по 4, делятся в двух взаимноперпендикулярных плоскостях.
Редко встречаются в качестве возбудителей болезней у человека.
Сардины (от лат. saris — связываю) — кокковые формы, которые делятся в трех взаимно перпендикулярных плоскостях и выглядят в виде тюков по 8—16 и более клеток. Часто встречаются в воздухе. Болезнетворных форм нет.
Стафилококки (от лат. staphylococcus) — гроздевидно расположенные кокки, делящиеся в различных плоскостях; располагаются неправильными скоплениями.
Некоторые виды вызывают у человека и животных заболевания.
2. Палочковидные формы подразделяются на бактерии, бациллы и клостридии.
Средние размеры от 1 до 6 мкм в длину и 0,5—2 мкм в ширину.
К бактериям относятся палочковидные микроорганизмы, как правило, не образующие спор (кишечная палочка, брюшнотифозная, паратифозные, дизентерийные, дифтерийные, туберкулезные и др.).
К бациллам (от лат. bacillus — палочка) и клостридиям (от лат. closter — веретено) принадлежат микробы, в большинстве своем образующие споры (сенная, сибиреязвенная, столбнячная, возбудители анаэробной инфекции).
По форме палочковидные бактерии бывают короткими (туляремийная), длинными (сибиреязвенная) с закругленными и заостренными концами.
По взаимному расположению палочковидные формы распределяются на три подгруппы:
— диплобактерии и диплобациллы, располагающиеся попарно по длине (бактерии пневмонии);
— стрептобактерии (возбудитель мягкого шанкра) и стреп-тобациллы (бациллы сибирской язвы);
— бактерии и бациллы, которые располагаются без определенной системы (большинство палочковидных форм).
Встречаются бактерии с булавовидными утолщениями на концах — возбудитель дифтерии, некоторые имеют ветвления — микробактерии туберкулеза и лепры. Общее число палочковидных форм бактерий больше, чем корковидных.
3. К извитым формам бактерий относятся вибрионы, спириллы и спирохеты.
Вибрионы (от лат. vibrio — изгибаюсь — клетки, изгиб которых равен 14 завитка спирали, имеющие вид запятой). Типичный представитель — холерный вибрион и водные вибрионы.
Спириллы (от лат. spira — изгиб) — имеют изгибы с одним или несколькими оборотами спирали. Из патогенных известен один вид spirillum minor — возбудитель содоку, способный вызывать у человека болезнь, передающуюся через укус крыс и других грызунов.
Спирохеты (от лат. spirochaeta — бактерия в виде изогнутого длинного винта — штопорообразная форма. Размеры от 0,3—1,5 мкм в ширину и 7—500 мкм в длину). В семейство входят сапрофиты и патогенные виды. Они обитают в загрязненных водоемах, на мертвых субстратах. К патогенным относятся три рода: Treponema, Leptospira, Borrelia.
Все микробы обладают полиморфизмом, т. е. индивидуальной изменчивостью форм под влиянием различных факторов — температуры, питательной среды, концентрации солей, кислотности, продуктов метаболизма, дезинфицирующих агентов, лекарственных препаратов.
Способность микробов изменяться учитывается в лабораторной диагностике инфекционных болезней, при изготовлении биологических препаратов, применяемых для профилактических и лечебных целей.
§ 2. Ультраструктура бактерии
Бактерии (прокариоты) существенно отличаются от клеток растений и животных (эукариоты). ^
Прокариоты — обычно содержат один ген, который не отделен специальной мембраной от цитоплазмы, не имеют митохондрий и аппарата Гольджи, не обладают амебоидным движением. Они состоят из нуклеоида, цитоплазмы (содержащей различные включения), оболочки и других структур-органоидов (жгутики), и несмотря на внешнюю простоту строения бактериальной клетки, представлют собой сложное живое существо.
Ультраструктура бактерий изучается с помощью электронно-микроскопических и микрохимических исследований.
* Нуклеоид, ядерное вещество клетки, ее наследственный аппарат, состоит из двойной нити ДНК, сомкнутой в кольцо и свободно погруженное в цитоплазму, в отличие от эукариотов. В молекуле ДНК закодирована генетическая информация клетки.
* Цитоплазма бактерий — дисперсная смесь коллоидов, состоящая из воды, белков, углеводов, липидов, минеральных соединений и других веществ. Бактериальная цитоплазма неподвижна, имеет высокую плотность, содержит мелкие зерна, состоящие из 60% РНК и 40% протеина, представляющие собой рибонуклеоп-ротеиды, получившие название «рибосом». Они выполняют функцию синтеза белка.
В цитоплазме находятся включения: гранулы, содержащие запасные питательные вещества; гранулы волютина, ли-попротеидные тельца, гликоген, пигментные скопления, сера, кальций и др. Гранулы волютина окрашиваются более интенсивно, чем цитоплазма клетки, и содержат метафос-фаты. Они обнаруживаются в некоторых видах бактерий, как, например: Corynebacterium diphtheriae, что учитывается при лабораторной диагностике дифтерии. Липопротеидные тельца в виде капель жира довольно часто встречаются у ряда бацилл и спирилл. Они исчезают при голодании клеток и появляются при росте бактерий на питательных средах, содержащих много углеводов.
Биологическое значение гранул волютина и липопротеиновых включений состоит в том, что они служат запасным питательным материалом и используются бактериями при недостатке питательных веществ.
Роль вакуолей изучена недостаточно. Одни ученые их рассматривают как участки, где откладываются вредные продукты метаболизма (экзотоксины), другие приписывают им роль добавочных ферментов дыхания.
Оболочка бактерий состоит из цитоплазматической мембраны, клеточной стенки и капсульного слоя, превращающегося у некоторых видов в истинную капсулу.
Цитоплазматическая мембрана прилегает к внутренней поверхности стенки и состоит из трех слоев: липидного, протеинового и полисахаридного. Она выполняет функцию разделительной перегородки, через нее с помощью ферментов осуществляется активный транспорт различных веществ и ионов, необходимых для жизнедеятельности клетки. В клеточных мембранах локализованы высокочувствительные рецепторы, с помощью которых клетки распознают и отрабатывают сигналы, поступающие из окружающей среды, дифференцируют питательные вещества и различные антибактериальные соединения. На поверхности цитоплазматической мембраны содержатся активные ферментные системы (пер-меазы), принимающие участие в синтезе белка, ферментов, нуклеиновых кислот. Цитоплазматическая мембрана образует лизосомы, участвующие в делении клетки.
# Клеточная стенка защищает бактерии от вредных факторов внешней среды, принимает участие в росте и делении клетки. Прочность стенки обеспечивает му-реин, вещество полисахаридной природы. Некоторые вещества, например, лизоцим, могут разрушать клеточную стенку. Бактерии, полностью лишенные клеточной стенки, называются «протопластами», они имеют шаровидную форму, обладают способностью к дыханию, синтезу белков, нуклеиновых кислот, ферментов, спорообразованию. Сохранить протопласты можно только в гипертонических растворах.
Рис. 1. Строение бактериальной клетки
1 — капсула; 2 — клеточная стенка; 3 — цитоплазмати-ческая мембрана; 4 — спора; 5— цитоплазма; 6 — ядерное вещество; 7 — ли-зосомы; 8 — рибосомы; 9 — жгутик; 10— пили
* Капсула. Под влиянием различных факторов среды некоторые микробы обладают способностью откладывать на поверхности своего тела более мощный слизистый слой вокруг клеточной стенки, получивший название «капсулы».
Капсульное вещество бактерии состоит из полисахаридов, мукополисахаридов или полисахаридов. Капсулообра-зование считается приспособительной функцией микроба. Патогенные капсульные микробы (клебсиеллы, возбудители сибирской язвы, возбудители пневмонии) более устойчивы к фагоцитозу, действию защитных факторов организма и внешней среды.
« Жгутики являются основным локомоторным органоидом бактерий. В результате их энергичного движения, напоминающего вращение штопора, жидкость движется вдоль жгутиков и бактерий и развивает скорость « 50 мкмс. Жгутики состоят из белковых веществ типа флагеллина, принадлежащего к классу сократимых белков.
Жгутики связаны с телом бактериальной клетки при помощи двух дисков: наружный находится в клеточной стенке, внутренний — в цитоплазматической мембране. По расположению жгутиков подвижные микробы подразделяются на 4 группы:
1. Монотрихи — бактерии с одним жгутиком на конце (холерный вибрион, синегнойная палочка).
2. Амфитрихи — бактерии с двумя полярно расположенными жгутиками или имеющие по пучку жгутиков на обоих концах (Spimliun volutans).
3. Лофотрихи — бактерии, которые имеют по пучку жгутиков на одном конце (палочки сине-зеленого молока).
4. Перитрихи — бактерии, обладающие жгутиками по всей поверхности тела (Е. coli, сальмонеллы брюшного тифа, паратифов А и В).
У некоторых видов микробов имеются пили (реснички, фимбрии, филаменты), представляющие собой образования, которые значительно короче и тоньше жгутиков. Они покрывают тело клетки. Полагают, что они не являются органами передвижения, а способствуют прикреплению микробных клеток к поверхности некоторых субстратов.
Споры и спорообразование. Спорообразование присуще некоторым, преимущественно палочковидным микроорганизмам (бациллы и клостридии). При попадании бацилл в неблагоприятные условия в клетке возникают структурные изменения. В одном из участков клетки цитоплазма с частью нуклеоида уплотняется, образуется предспоровая мембрана; затем она покрывается плотной многослойной мембраной, содержащей минимальное количество свободной воды и большое количество кальция, липидов и миколовой кислоты.
Споры обладают повышенной устойчивостью к действию факторов внешней среды и могут длительно (десятки лет) сохраняться в неблагоприятных условиях. Споры некоторых бацилл выдерживают кипячение и действие высоких концентраций дезинфицирующих средств.
Спорообразование происходит у бактерий в течение 18— 20 часов. В бактериальной клетке образуется только одна спора, из нее прорастает только одна вегетативная клетка, следовательно, спора не является органом размножения, а служит только для перенесения неблагоприятных условий.
По характеру локализации в теле бацилл и клостридий споры располагаются:
1) центрально — возбудитель сибирской язвы;
2) субтерминально — ближе к концу (возбудитель ботулизма, анаэробной инфекции и др.);
3) терминально — на конце палочки (возбудитель столбняка).
Кроме бактерий заболевания могут вызывать и другие организмы: риккетсии, вирусы, актиномицеты, простейшие.
Вирусы представляют собой особую группу неклеточных форм жизни, обладающих собственным геном, способным к воспроизведению в клетках всех видов организмов. Они являются облигатными (обязательными) внутриклеточными паразитами человека, животных, насекомых, грибов, растений и бактерий. Вирусы подразделяются на 2 группы:
1. ДНК-содержащие (вирус натуральной оспы и вирус простого герпеса человека, аденовирусы);
2. РЫК-содержащие (вирус гриппа, парагриппа, бешенства, вирус везикулярного полиомиелита, стоматита Нью-Джерси и др.).
Вирусная частица носит название «вирион». Он состоит из центрально расположенной нуклеиновой кислоты РНК или ДНК, окруженного одной или двумя оболочками.
Первая оболочка, в которой заключена нуклеиновая кнЙс лота, называется капсид (от греч. konca — ящик).
Размножение вирусов осуществляется путем раздельного синтеза оболочки и нуклеиновой кислоты в клетке хозяина с последующей сборкой вирионов. Этот процесс получил название «репродукции».
Форма вирионов разнообразна: сферическая палочковидная, кубоидальная и сперматозоидная, пулевидная.
Среди вирусов выделяют особую группу фагов (от лат. phages — пожирающий), вызывающих лизис (разрушение) клеток микроорганизмов (бактерий). Они не вызывают заболеваний человека и животных. В лабораториях вирусы культивируются в курином эмбрионе, организме животных или культуре ткани.
Микоплазмы — это микроорганизмы, лишенные клеточной стенки, но окруженные трехслойной липопротеидной ци-топлазматической мембраной. Микоплазмы обнаружены в почве, сточных водах, на различных субстратах, в организме животных и человека. Имеются патогенные и непатогенные виды.
К патогенным для человека относится Mycoplasma pneumonia, к полупатогенным — m. hominy's и Т- группа.
Клетки микоплазм весьма полиморфны (шаровидные, кольцевидные, коккобациллярные, нитевидные, ветвистые, в виде элементарных телец). Патогенные микоплазмы поражают органы дыхания, мочеполовую и ЦНС. В настоящее время этим возбудителям уделяется особое внимание как возбудителям заболевания воспалительного характера.
Спирохеты (от лат. speira — изгиб, chaite — волосы) — бактерии, имеющие штопорообразную извитую форму. Размеры их колеблются в больших пределах (ширина — 0,3— 1,5 мкм, длина— 7—500 мкм). Тело спирохет состоит из осевой нити (пучок фибрилл) и цитоплазмы, спирально завитой вокруг нити. Спирохеты передвигаются путем сокращения внутренней, осевой нити; спор, капсул и жгутиков не образуют.
В семейство sperochetaceae входят как непатогенные (обитатели водоемов), так и патогенные бактерии. К патогенным относятся 3 рода: Treponema, Zeptoapara, Borrelia.
Treponema pallidum — возбудитель сифилиса. Под влиянием факторов внешней среды и лечебных препаратов тре-понемы в ряде случаев свертываются в клубки, образуя цисты, покрытые непроницаемой муциноподобной оболочкой. Они длительное время могут находиться в организме больного в латентном состоянии; при благоприятных условиях цисты превращаются в зерна, а затем в типичные спиралевидные трепонемы.
Риккетсии — это полиморфные микроорганизмы, которые живут и размножаются только в клетках тканей животных, человека и переносчиков. Они не образуют спор и капсул, неподвижны. Большая часть риккетсий относится к безвредным микроорганизмам. Около 50 различных видов риккетсий найдено в кишечнике и слюнных железах тлей, клопов, клещей. Патогенные риккетсий поражают различных животных и человека. Заболевания, вызываемые риккетсия-ми, носят название «риккетсиозов» (эпидемический сыпной тиф, различные лихорадки: пятнистая, марсельская и др.).
Хламидии — облигатные внутриклеточные бактерии кок-ковидной формы; размножаются только в цитоплазме клеток позвоночных. К роду Chlamydia принадлежат возбудители трахомы, конъюнктивитов, пахового лимфогранулематоза, орнитоза.
Возбудитель Chlamydia treachealis паразитирует в цитоплазме эпителиальных клеток конъюнктивы и роговой оболочки глаза.
Конъюнктивит новорожденных, или бленнорея, протекает с явлениями инфильтрации конъюнктивы, особенно нижнего века. Источником заражения являются матери, у которых возбудитель сохраняется в мочеполовой системе и передается во время родов новорожденным детям. Взрослые заражаются при купании в небольших прудах и нехлорированных бассейнах. Заболевание у них проявляется в виде острого фолликулярного конъюнктивита и продолжается около года.
Простейшие — одноклеточные эукариотные животные организмы, более высоко организованные по сравнению с бактериями. Они имеют цитоплазму, дифференцированное ядро, оболочку, примитивные органоиды.
Простейшие размножаются простым и множественным делением, половым путем.
Тип Protozoa насчитывает свыше 30 тыс. видов и подразделяется на:
1) жгутиковые;
2) саркозовые; 3)споровики;
4) ресничные.
К патогенным простейшим относятся возбудители лей-команиоза, трипаносоза, трихомониаза, лямблиоза, амебио-за, малярии, токсоплазмоза, балантидиаза.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ Устройство микроскопа
1. Оптическая часть: окуляр, объектив, конденсор Аббе, осветительный прибор (зеркальце).
2. Механическая часть: штатив, подставка, предметный столик, тубус, тубу-содержатель, макровинт, микровинт. Увеличение микроскопа равно произведению увеличения объектива на увеличение окуляра.
Все микробиологические исследования по выявлению и идентификации микроорганизмов осуществляются в научно-исследовательских институтах и бактериологических лабораториях центров Госсанэпиднадзора.
Для обеспечения требований безопасности при работе с микроорганизмами III—IV групп патогенности (см. приложения 7.1) и поточности продвижения потенциально инфицированного материала в бактериологической лаборатории выделяют «чистую» и «заразную» зоны.
В состав бактериологической лаборатории входят:
регистратура (приемная) — производится прием и регистрация поступившего для исследования материала, дается номер отобранной пробе;
* средоварная — приготовление питательных сред из сухих;
* препараторская — подготовка лабораторной посуды, ватно-марлевых пробок, тампонов и т. д.;
* стерилизационные — стерилизация питательных сред, растворов, посуды;
* «заразные» стерилизационные — служат для обеззараживания патологического материала; посевная — производится первичный посев материала на питательные среды;
* лабораторные комнаты — служат для исследований на капельную, кишечную группы бактерий, для санитар-но-бактериологических исследований. Лабораторное помещение оборудуется столами лабораторного типа, шкафами и полками для хранения необходимой при работе аппаратуры, посуды, красок и реактивов.
Приложение 7.1 (обязательное)
Санитарные правила СП 1.2.731-99
Классификация патогенных для человека микроорганизмов
III и IV групп патогенности (извлечение из приложения 5.1 к
СП 1.2.011-94)
Бактерии III группа
1. Bordetella pertussis
2. Borrelia recurrentis
3. Campylobacter fetys
4. Campylobacter jejuni
5. Clostridium botulinium
6. Clostridium tetani
7. Corynebacterium diphteriae
8. Erysipelothrix rhusiopathiae
9. Helicobacter pylori
10. Leptospira interrogans
11. Listeria monocytogenes
12. Mycobacterium leprae
13. Mycobacterium tuberculosis Mycobacterium bovis Mycobacterium avium коклюша возвратного тифа абсцессов, септецимий энтерита, холецистита ботулизма столбняка дифтерии эризепелоида гастрита, язвенной болезни желудка и 12-перстной кишки лептоспироза листериоза проказы туберкулеза
14. Neisseria gonorrhoeae
15. Neisseria meningitidis
16. Nocarolia asteroides
17. Proactinomyces israelii
18. Salmonella paratyphi A
19. Salmonella paratyphi В
20. Salmonella typhi
21. Shigellaspp.
22. Treponema pallidum
23. Yercinia pseudotuberculosis
24. Vibrio cholerae 01
IV группа
1. Aerobacter aerogenes
2. Bacillus cereus
3. Bacteroides spp.
4. Borrelia spp.
5. Bordetella bronchiseptica
Bordetella parapertussis
6. Campylobacter spp.
7. Citrobacter
8. Clostridium perfringens Clostridium novyi Clostridium septicum Clostridium histolyticum Clostridium bifermentans
9. E. coli
10. Eubacterium endocarditidis
11. Eubacterium lentum Eubacterium ventricosum гонореи менингита нокардиоза актиномикоза паратифа А паратифа В брюшного тифа дизентерии сифилиса псевдотуберкулеза нетоксигенной диареи энтерита пищевой токсикоин-фекции абсцессов легких, бактериемии клещевого спирохетоза бронхосептикоза паракоклюша гастроэнтерита, гингивита, периодонтита местных воспалительных процессов, пищевой токсикоинфекции газовой гангрены энтерита септического эндокардита вторичных септеце-мий, абсцессов
12. Flavobacterium meningoseptium
13. Haemophilus influenza
14. Hafnia alvei
15. Klebsiella ozaenae
16. Klebsiella pneumoniae
17. Klebsiella rhinoscleromatis
18. Mycobacterium spp. Photochromogens Scotochromogens Nonphotochromogens Rapid growers
19. Micoplasma hominis 1
Micoplasma hominis 2 Micoplasma pneumoniae
20. Propionibacterium avidum
21. Proteus spp.
22. Pseudomonas aeruginosa
23. Salmonella spp.
24. Serratia marcescens
25. Staphilococcus spp.
26. Streptococcus spp.
менингита, септецемий менингита, пневмонии, ларингита холецистита, цистита озены пневмонии риносклеромы микробактериозов местных воспалительных процессов, пневмонии сепсиса, абсцессов пищевой токсикоинфекции, местных воспалительных процессов местных воспалительных процессов, сепсиса сальмонеллезов местных воспалительных процессов, сепсиса пищевой токсикоинфекции, септецемий, пневмонии пневмонии, тонзиллита, полиартрита, септецемий энтерита, колита актиномикоза
27. Yersinia enterocolitica
28. Actinomyces albus
Для того чтобы увидеть микроорганизмы, их необходимо окрасить. Существуют простые и сложные способы окра- шивания микроорганизмов. При простом способе окрашивания на мазок наносится один краситель, при сложном способе окрашивания — 2 или более красителей. К таким способам окрашивания относится окраска по Граму. Соответственно выделяют формы бактерий грамположительные (окрашиваются в фиолетовый цвет) и грамотрицательные (окрашиваются в красный цвет). Грамположительные бактерии имеют несложно организованную, но мощную клеточную стенку, состоящую из множественных слоев пептидоглика-на, включающих уникальные полимеры тейхоевых кислот. Грамотрицательные бактерии имеют более тонкую клеточную стенку, включающую бимолекулярный слой пептидо-гликана и не содержащую тейхоевой кислоты.
Грам +
Грам -
Мембрана
Мукопептиды (муреины)
Мембрана
Лишшолисахариды и белки
Рис. 2. Схема строения клеточной стенки грамположительных и грамотрицательных микроорганизмов
Приготовление мазка из зубного налета
1. Небольшое количество зубного налета снять острым концом спички.
2. Растереть на предметном стекле размером с пятикопеечную монету.
3. Мазок зафиксировать путем трехкратного проведения над пламенем горелки.
4. Мазок окрасить по Граму.
5. Промыть водой.
6. Высушить фильтровальной бумагой и на воздухе.
7. Микроскопировать.
Окраска препарата по Граму
1. Небольшое количество генцианвиолета напить на препарат; время окраски — 2 мин.
2. Избыток краски слить в лоток, на препарат нанести пипеткой несколько капель раствора Люголя на 1 минуту.
3. На препарат налить несколько капель спирта, обесцвечивание проводить до отхождения фиолетовых капель — струи краски, но не более 30 с.
4. Мазок тщательно промыть водой.
5. Мазок докрасить разведенным фуксином — 2 мин.
Микроскопирование препарата
1. Установить освещение: конденсор должен быть поднят до упора, настройку производить с объективом малого увеличения 8-х — необходимо белое освещенное поле.
2. Препарат поместить на предметный столик.
3. Макровинтом опустить объектив на расстояние 0,5 см от препарата.
4. Глядя в окуляр, получить изображение препарата, вращая макровинт против часовой стрелки (на себя).
5. Произвести точную фокусировку с помощью микровинта.
6. Переместить револьвер на большое увеличение (объектив 40-х) и провести дефокусировку только микровинтом.
7. После просмотра препарата перевести револьвер на увеличение 8-х (малое) и только после этого снять препарат с предметного столика.
Кроме окраски по Граму к сложным дифференциальным методам окраски относятся:
1. Окраска кислотоустойчивых бактерий по Цилю— Нильсену фиксированный на пламени горелки мазок окрашивают 3—5 мин раствором карболового фуксина Циля или окрашенной фуксином бумажкой с подогреванием до появления паров, но не доводя краску до кипения;
* дают препарату остыть, бумажку снимают, сливают избыток краски, препарат промывают водой;
* окрашенный препарат обесцвечивают 5% H2SO4 (серной кислотой) в течение 3—5 с или 96° этиловым спиртом, содержащим 3% по объему соляной кислоты, несколько раз погружая в стаканчик с раствором;
* после обесцвечивания остаток кислоты сливают, препарат промывают водой;
* докрашивают дополнительно метиленовой синью Леф-флера 3—5 мин, промывают водой, подсушивают и микроскопируют.
Результаты окраски: при окраске препаратов по методу Циля—Нильсена кислотоустойчивые бактерии окрашиваются фуксином в красный цвет.
2. Окраска по Романовскому—Гимзе
Краска Романовского—Гимзы состоит из смеси азура, эозина и метиленовой сини. Перед употреблением к 10 мл дистиллированной воды прибавляют 10 капель краски Романовского—Гимзы. Приготовленный раствор краски наносят на фиксированный мазок и оставляют на 1 ч. Затем краску сливают, препарат промывают водой и высушивают на воздухе. Краска Романовского—Гимзе окрашивает микробы в фиолетово-красный цвет.
|
