Н.В.Рудаков
Короткий курс лекцій з медичної мікробіології, вірусології та імунології
Частина перша. Загальна мікробіологія, вірусологія та імунологія
Навчальний посібник може бути корисним для студентів, які вивчають мікробіологію, вірусологію, імунологію і суміжні дисципліни, слухачам системи післядипломної освіти.
рецензенти:
доктор медичних наук, професор В.В. Далматов
Лекція №1.Історія розвитку мікробіології. вірусології та імунології. Предмет, методи, завдання.
Мікробіологія (від грец. Micros- малий, bios- життя, logos- вчення, тобто вчення про малих формах життя) - наука, що вивчає організми, нерозрізнені (невидимі) неозброєним будь-якої оптикою оком, які за свої мікроскопічні розміри називають мікроорганізми (мікроби).
Предметом вивчення мікробіології є їх морфологія, фізіологія, генетика, систематика, екологія і взаємини з іншими формами життя.
У таксономічних відношенні мікроорганізми дуже різноманітні. Вони включають пріони, віруси, бактерії, водорості, гриби, найпростіші і навіть мікроскопічні багатоклітинні тварини.
За наявністю і будовою клітин вся жива природа може бути розділена на прокаріоти (що не мають справжнього ядра), еукаріоти (мають ядро) і не мають клітинної будови форми життя. Останні для свого існування потребують клітинах, тобто є внутрішньоклітинними формами життя (рис.1).
За рівнем організації геномів, наявності та складу белоксінтезірующіх систем і клітинної стінки все живе ділять на 4 царства життя: еукаріоти, еубактеріі, архебактерии, віруси і плазміди.
До прокаріотів. об'єднуючим еубактеріі і архебактерии, відносять бактерії, нижчі (синьо-зелені) водорості, спірохети, актиноміцети, архебактерии, рикетсії, хламідії, мікоплазми. Найпростіші, дріжджі і нитчасті гриби еукаріоти.
Мікроорганізми - це невидимі неозброєним оком представники всіх царств життя. Вони займають нижчі (найбільш древні) ступені еволюції, але грають найважливішу роль в економіці, круговороті речовин в природі, в нормальному існуванні і патології рослин, тварин, людини.
Мікроорганізми заселяли Землю ще 3 4 млрд. Років тому, задовго до появи вищих рослин і тварин. Мікроби представляють найчисленнішу і різноманітну групу живих істот. Мікроорганізми надзвичайно широко поширені в природі і є єдиними формами живої матерії, заселяють будь-які, найрізноманітніші субстрати (довкілля), включаючи і більш високоорганізовані організми тваринного і рослинного світу.
Можна сказати, що без мікроорганізмів життя в її сучасних формах була б просто неможлива.
файл жива прірода.док.
Мікроорганізми створили атмосферу, здійснюють кругоборот речовин і енергії в природі, розщеплення органічних сполук і синтез білка, сприяють родючості грунтів, утворення нафти і кам'яного вугілля, вивітрювання гірських порід, багатьом іншим природним явищам.
За допомогою мікроорганізмів здійснюються важливі виробничі процеси - хлібопечення. виноробство і пивоваріння, виробництво органічних кислот, ферментів, харчових білків, гормонів, антибіотиків та інших лікарських препаратів.
Мікроорганізми як ніяка інша форма життя відчуває вплив різноманітних природних і антропічний (пов'язаних з діяльністю людей) факторів, що, з урахуванням їх короткого терміну життя і високій швидкості розмноження, сприяє їх швидкому еволюціонування.
Найбільшу сумну популярність мають патогенниемікроорганізми (мікроби- патогени) - збудники захворювань людини, тварин, рослин, комах. Мікроорганізми, які отримують в процесі еволюції патогенність для людини (здатність викликати захворювання), викликають епідемії. забирають мільйони життів. До теперішнього часу викликаються мікроорганізмами інфекційні захворювання залишаються однією з основних причин смертності, завдають істотної шкоди економіці.
Мінливість патогенних мікроорганізмів становить основну рушійну силу в розвитку і вдосконаленні систем захисту вищих тварин і людини від всього чужорідного (чужорідної генетичної інформації). Більш того, мікроорганізми були до недавнього часу важливим чинником природного відбору в людській популяції (приклад-чума і сучасне поширення груп крові). В даний час вірус імунодефіциту людини (ВІЛ) зазіхнув на святе святих людини-його імунну систему.
2. Основні етапи розвитку мікробіології, вірусології та імунології
До них можна віднести наступні:
1.Емпіріческіх знань (до винаходу мікроскопів та їх застосування для вивчення мікросвіту).
Дж.Фракасторо (1546г.) Припустив живу природу агентів інфекційних захворювань-contagium vivum.
2.Морфологіческій період зайняв близько двохсот років.
Антоні ван Левенгук в 1675р. вперше описав найпростіших, в 1683г.- основні форми бактерій. Недосконалість приладів (максимальне збільшення мікроскопів X300) і методів вивчення мікросвіту не сприяло швидкому накопиченню наукових знань про мікроорганізми.
3.Фізіологіческій період (з 1875р.) - епоха Л. Пастера і Р. Коха.
Л.Пастер- вивчення мікробіологічних основ процесів бродіння і гниття, розвиток промислової мікробіології, з'ясування ролі мікроорганізмів в кругообігу речовин в природі, відкриття анаеробних мікроорганізмів, розробка принципів асептики, методів стерилізації, ослаблення (аттенуации) вірулентності і отримання вакцин (вакцинних штамів).
Р.Кох- метод виділення чистих культур на твердих поживних середовищах. способи забарвлення бактерій аніліновими барвниками, відкриття збудників сибірської виразки, холери (коми Коха), туберкульозу (палички Коха), вдосконалення техніки мікроскопії. Експериментальне обгрунтування критеріїв Хенлі, відомі як постулати (тріада) Хенле- Коха.
І.І.Мечніков- "поет мікробіології" за образним визначенням Еміля Ру. Він створив нову епоху в мікробіології - вчення про несприйнятливості (імунітет), розробивши теорію фагоцитозу і обгрунтувавши клітинну теорію імунітету.
Одночасно накопичувалися дані про вироблення в організмі антитіл проти бактерій і їх токсинів, що дозволили П. Ерліха розробити гуморальну теорію імунітету. У наступній багаторічної і плідної дискусії між прихильниками фагоцитарної і гуморальної теорій були розкриті багато механізмів імунітету і народилася наука імунологія.
Надалі було встановлено, що спадковий і набутий імунітет залежить від узгодженої діяльності п'яти основних систем. макрофагів, комплементу, Т-і В-лімфоцитів, інтерферонів, головної системи гістосумісності, які забезпечують різні форми імунної відповіді. І.І.Мечникова та П. Ерліха в 1908р. була присуджена Нобелівська премія.
5. Наступним важливим етапом у розвитку мікробіології стало відкриття антибіотиків. У 1929р. А.Флеминг відкрив пеніцилін і почалася ера антибіотикотерапії, яка призвела до революційного прогресу медицини. Надалі з'ясувалося, що мікроби пристосовуються до антибіотиків, а вивчення механізмів лікарської стійкості призвело до відкриття другого-позахромосомних (плазмідної) генома бактерій.
Вивчення плазмід показало, що вони являють собою ще більш просто влаштовані організми, ніж віруси, і на відміну від бактеріофагів не шкодять бактеріям, а наділяють їх додатковими біологічними властивостями. Відкриття плазмід істотно доповнило уявлення про форми існування життя і можливі шляхи її еволюції.
6. Сучасний молекулярно генетичний етап розвитку мікробіології, вірусології та імунології розпочався у другій половині 20 століття в зв'язку з досягненнями генетики та молекулярної біології, створенням електронного мікроскопа.
У дослідах на бактеріях була доведена роль ДНК у передачі спадкових ознак. Використання бактерій, вірусів, а потім і плазмід в якості об'єктів молекулярно біологічних і генетичних досліджень призвело до глибшого розуміння фундаментальних процесів, що лежать в основі життя. З'ясування принципів кодування генетичної інформації в ДНК бактерій і встановлення універсальності генетичного коду дозволило краще розуміти молекулярно генетичні закономірності, властиві більш високо організованим організмам.
Розшифровка геному кишкової палички зробило можливим конструювання і пересадку генів. До теперішнього часу генна інженерія створила нові напрямки біотехнології.
Розшифровані молекулярно генетична організація багатьох вірусів і механізми їх взаємодії з клітинами, встановлені здатність вірусної ДНК вбудовуватися в геном чутливої клітини і основні механізми вірусного канцерогенезу.
Справжню революцію зазнала імунологія, далеко вийшла за рамки інфекційної імунології та стала однією з найбільш важливих фундаментальних медико біологічних дисциплін. До теперішнього часу іммунологія- це наука, що вивчає не тільки захист від інфекцій. У сучасному розумінні іммунологія- це наука, що вивчає механізми самозахисту організму від усього генетично чужорідного, підтримці структурної та функціональної цілісності організму.
Імунологія в даний час включає ряд спеціалізованих напрямків, серед яких, поряд з інфекційною імунологією, до найбільш значущих належать імуногенетика, імуноморфологія, трансплантаційна імунологія, иммунопатология, імуногематологія, онкоіммунологія, імунологія онтогенезу, Вакцінологія і прикладна іммунодіагностіка.
Мікробіологія і вірусологія як фундаментальні біологічні науки також включають ряд самостійних наукових дисциплін зі своїми цілями і завданнями: загальну, технічну (промислову), сільськогосподарську, ветеринарну і має найбільше значення для людства медичну мікробіологію і вірусологію.
Медична мікробіологія і вірусологія вивчає збудників інфекційних хвороб людини (їх морфологію, фізіологію, екологію, біологічні та генетичні характеристики), розробляє методи їх культивування та ідентифікації, специфічні методи їх діагностики, лікування і профілактики.
До окремих найбільш важливих розділів медичної мікробіології і вірусології можна віднести клінічну мікробіологію. санітарну мікробіологію, медичну мікології і протозоологію, медичну паразитологію, вчення про сапронози.
На порозі 21 століття мікробіологія, вірусологія та імунологія представляють одне з провідних напрямків біології та медицини, інтенсивно розвивається і розширює межі людських знань.
Імунологія впритул підійшла до регулювання механізмів самозахисту організму, корекції імунодефіцитів, вирішення проблеми СНІДу, боротьбі з онкозахворюваннями.
Створюються нові генно інженерні вакцини, з'являються нові дані про відкриття інфекційних агентів - збудників "соматичних" захворювань (виразкова хвороба шлунка, гастрити, гепатити, інфаркт міокарда, склероз, окремі форми бронхіальної астми, шизофренія та ін.).
З'явилося поняття про нові і повертається інфекціях (emerging and reemerging infections). Приклади реставрації старих патогенов- мікобактерії туберкульозу, рикетсії групи кліщовий плямистої лихоманки і ряд інших збудників природно-інфекцій. Серед нових патогенов- вірус імунодефіциту людини (ВІЛ), легіонелли, бартонелли, Ерліх, хелікобактер, хламідії (Chlamydia pneumoniae). Нарешті, відкриті віроїди і пріони - нові класи інфекційних агентів.
Віроїди - інфекційні агенти, що викликають у рослин поразки, подібні з вірусними, однак ці збудники відрізняються від вірусів рядом ознак: відсутністю білкової оболонки (гола інфекційна РНК), антигенних властивостей, одноцепочечной кільцевою структурою РНК (з вірусів - тільки у вірусу гепатиту D), малими розмірами РНК.
Пріони (proteinaceous infectious particle- белкоподобная інфекційна частка) представляють позбавлені РНК білкові структури, які є збудниками деяких повільних інфекцій людини і тварин. характеризуються летальними ураженнями центральної нервової системи за типом губкообразних енцефалопатій - куру, хвороба Крейтцфельдта- Якоба, синдром Герстманна- Страусслера- Шайнкера, амніотрофіческій лейкоспонгіоз, Губкообразная енцефалопатія корів (коров'ячий "сказ"), скрепі в овець, енцефалопатія норок, хронічна виснажлива хвороба оленів і лосів. Передбачається, що пріони можуть мати значення в етіології шизофренії, міопатії. Істотні відмінності від вірусів, перш за все відсутність власного геному, не дозволяють поки розглядати пріони в якості представників живої природи.
3. Завдання медичної мікробіології.
До них можна віднести наступні:
1.Установленіе етіологічної (причинного) рольмікроорганізмів в нормі та патології.
2. Розробка методів діагностики, специфічної профілактики і лікування інфекційних захворювань, індикації (виявлення) та ідентифікації (визначення) збудників.
3. Бактеріологічний і вірусологічний контроль навколишнього середовища, продуктів харчування, дотримання режиму стерилізації і нагляд за джерелами інфекції в лікувальних і дитячих установах.
4. Контроль за чутливістю мікроорганізмів до антибіотиків та інших лікувальних препаратів, станом мікробіоценозів (мікрофлорою) повехності і порожнин тіла людини.
4.Методи мікробіологічної діагностики.
Методи лабораторної діагностики інфекційних агентів численні, до основних можна віднести наступні.
1. Мікроскопіческій- з використанням приладів для мікроскопії. Визначають форму, розміри, взаємне розташування мікроорганізмів, їх структуру, здатність забарвлюватися певними барвниками.
2.Мікробіологіческій (бактеріологічний і вірусологічний) - виділення чистої культури та її ідентифікація.
3.Біологіческій - зараження лабораторних тварин з відтворенням інфекційного процесу на чутливих моделях (биопроба).
4.Іммунологіческій (варіанти - серологічний, алергологічний) - використовується для виявлення антигенів збудника або антитіл до них.
5.Молекулярно- генетичний - ДНК і РНК зонди, полімеразна ланцюгова реакція (ПЛР) і багато інших.
Укладаючи викладений матеріал, необхідно відзначити теоретичне значення сучасної мікробіології, вірусології та імунології. Досягнення цих наук дозволили вивчити фундаментальні процеси життєдіяльності на молекулярно генетичному рівні. Вони обумовлюють сучасне розуміння сутності механізмів розвитку багатьох захворювань і напрямки їх більш ефективного попередження і лікування.
Лекція № 2. Систематика та морфологія мікроорганізмів.
1. Систематика мікроорганізмів.
Сістематіка- розподіл мікроорганізмів у відповідності з їхнім походженням і біологічним подібністю. Систематика займається всебічним описом видів організмів, з'ясуванням ступеня родинних відносин між ними і об'єднанням їх в різні за рівнем спорідненості класифікаційні едініци- таксони. Основні питання, які вирішуються при систематики (три аспекти, три кити систематики) - класифікація, ідентифікація і номенклатура.
Классіфікація- розподіл (об'єднання) організмів відповідно до їх загальними властивостями (подібними генотипічними і фентіпіческімі ознаками) з різних таксонів.
Таксономія- наука про методи і принципи розподілу (класифікації) організмів відповідно до їх ієрархією. Найбільш часто використовують такі таксономічні одиниці (таксони) - штам, вид, рід. Наступні більші таксони- сімейство, порядок, клас.
У сучасному уявленні вид в мікробіології - сукупність мікроорганізмів, що мають загальне еволюційне походження, близький генотип (високий ступінь генетичної гомології, як правило більше 60%) і максимально близькі фенотипічні характеристики.