8.2. Взаимоотношения микроорганизмов с макроорганизмами - Глава 10.Морфология и структурная организация бактериальной клетки - Каталог статей - Общая биология 10-11 классы
Главная | Регистрация | Вход | RSSСуббота, 10.12.2016, 19:33

Биология 10-11 класс

Меню сайта
Категории раздела
Введение [30]
Глава1.Основы цитологии [16]
Глава 2.Размножение и индивидуальное развитие организмов [14]
Глава 3. Основы генетики [16]
Глава 4. Генетика человека [12]
Глава 5.Основы учения об эволюции [11]
Глава 6. Основы селекции и биотехнологии [10]
Глава 7. Антропогенез [11]
Глава 8. Основы экологии [10]
Глава 9. Эволюция биосферы и человек [11]
Биологический словарь на букву "А" [54]
Биологический словарь на букву "Б" [56]
Глава 10.Морфология и структурная организация бактериальной клетки [49]
Глава 11.О чем умолчали учебники [36]
7 [18]
Категории раздела
Введение [30]
Глава1.Основы цитологии [16]
Глава 2.Размножение и индивидуальное развитие организмов [14]
Глава 3. Основы генетики [16]
Глава 4. Генетика человека [12]
Глава 5.Основы учения об эволюции [11]
Глава 6. Основы селекции и биотехнологии [10]
Глава 7. Антропогенез [11]
Глава 8. Основы экологии [10]
Глава 9. Эволюция биосферы и человек [11]
Биологический словарь на букву "А" [54]
Биологический словарь на букву "Б" [56]
Глава 10.Морфология и структурная организация бактериальной клетки [49]
Глава 11.О чем умолчали учебники [36]
7 [18]
Наш опрос
Оцените мой сайт
Всего ответов: 40
Статистика

Онлайн всего: 1
Гостей: 1
Пользователей: 0
Форма входа

Каталог статей

Главная » Статьи » Глава 10.Морфология и структурная организация бактериальной клетки

8.2. Взаимоотношения микроорганизмов с макроорганизмами
Характер взаимоотношений микроорганизмов с различными макроор-
ганизмами определяется посредством формирования соответствующих
биотических связей, причем один многоклеточный организм вступает в
связь с несколькими микроорганизмами одновременно.
Тесное сожительство микроорганизмов с растениями и животными в
широком смысле называется симбиозом (от греч. symbiosis – совместная
жизнь). При длительном сосуществовании между микро- и макроорга-
низмом происходит процесс их совместной коэволюции. Это приводит к
увеличению генетической пластичности популяции, переносу генов и
т. п. На примере энтеробактерий показано, что в симбиотических попу-
ляциях их клетки более разнообразны, чем в свободноживущих. Также
показано, что хозяин обычно оказывает более сильное влияние на струк-
туру популяций микросимбионта, чем условия внешней среды.
В популяциях микросимбионтов наблюдается одновременное присут-
ствие клеток как симбиотически активных, так и асимбиотических. Та-
кое явление получило название экотипического полиморфизма и связано
с наличием или отсутствием «симбиотических генов», которые могут
быть компактно локализованы на хромосомах, образуя «островки пато-
генности», или находиться на специальных плазмидах.
В ряде случаев симбиоза микробные клетки дифференцированы на
две формы: участвующие в образовании симбиоза и ответственные за
размножение популяции. Кроме того, в симбиозах у микроорганизмов
проявляются свойства и признаки, не нужные для них самих, но повы-
шающие жизнеспособность хозяина. В силу совместной коэволюции об-
лигатные симбионты не способны развиваться вне организма-хозяина.
Особенностью симбиозов между микро- и макроорганизмами следует
считать также общий поток энергии, совместную регуляцию экспрессии
генов и наличие взаимной передачи физиологической, клеточной, орга-
низменной информации через различные регуляторные системы.
Если говорить об относительной пользе, извлекаемой партнерами из
симбиоза, то можно выделить несколько его видов:
• мутуализм или взаимовыгодный симбиоз;
• паразитизм – один из партнеров по симбиозу испытывает вредное
воздействие другого;
• комменсализм – микроорганизмы питаются за счет своего хозяина,
не нанося ему особого ущерба.
Между видами симбиоза существуют переходные формы взаимоот-
ношений. Иногда трудно определить, является ли данный тип взаимоот-
ношений мутуалистическим или паразитическим. Степень пользы или
вреда, получаемого каждым из партнеров можно оценить, сравнив со-
стояние двух партнеров при независимом существовании с их состояни-
ем при жизни в ассоциации. Кроме того, природа взаимоотношений мо-
жет изменяться при смене условий окружающей среды, так что взаимо-
отношения, начавшиеся как взаимовыгодные, могут стать паразитиче-
скими, и наоборот.
При тесном сожительстве микроорганизмов с макроорганизмами мо-
гут складываться также различные пространственные отношения. Если
микроорганизм находится вне клеток макроорганизма, то говорят об эк-
зосимбиозе, а если внутри клеток и тканей – об эндосимбиозе. Макроор-
ганизм обычно называют хозяином.
Рассмотрим примеры взаимовыгодных, или мутуалистических,
взаимоотношений, относящихся к типу эндосимбиозов, при которых
клетки микроорганизмов находятся в клетках и тканях макроорганизма.
Одним из них является симбиоз клубеньковых бактерий с бобовыми
растениями. Давно известно, что плодородие сельскохозяйственных зе-
мель можно поддерживать путем севооборота. Если определенный уча-
сток почвы из года в год засевать злаками, такими, как пшеница или яч-
мень, его продуктивность начинает снижаться. Однако ее можно восста-
новить, посеяв на данном участке какое-либо бобовое растение, напри-
мер клевер или люцерну. Известно также, что на корнях бобовых расте-
ний образуются особые клубеньковые структуры, или наросты . 
Эти клубеньки напоминают галлы, образующиеся на побегах некоторых
растений в результате их повреждения насекомыми. Однако насекомых в
клубеньках бобовых растений не обнаруживается. В середине XVII в.
было показано, что бобовые растения могут расти на почве, не содержа-
щей связанного азота. Кроме того, если бобовые растения выращивать на
стерильной почве, то они не образуют клубеньков на корнях. Это позво-
лило предположить, что образование клубеньков – результат деятельно-
сти бактерий; было высказано предположение, что бобовые растения че-
рез клубеньки способны фиксировать атмосферный азот. При микроско-
пическом изучении содержимого клубеньков обнаружено, что в них име-
ется большое количество «бактероидов» – мелких палочковидных или
разветвленных телец, по своим размерам и форме напоминающих бакте-
рии. Окончательное доказательство того, что в формировании клубень-
ков бобовых растений принимают участие бактерии, получено в 1888 г.
М. Бейеринком, который выделил чистую культуру клубеньковых бакте-
рий и показал, что стерильные семена образуют растения с характерны-
ми клубеньками, если их обрабатывать чистыми культурами выделенных
бактерий.
Клубеньковые бактерии относятся к роду Rhizobium. Их видовое на-
звание обычно соответствует латинскому названию того растения, из
клубеньков которого выделены бактерии. Например, Rhizobium trifolii –
растение-хозяин клевер, Rhizobium phaseoli – растение-хозяин фасоль,
Rhizobium leguminosarum – растение-хозяин горох, кормовые бобы, вика,
чина и т. д.
Клубеньковые бактерии – это грамотрицательные подвижные палоч-
ки. Они относятся к микроаэрофильным микроорганизмам, способным
развиваться при низком парциальном давлении кислорода в среде. Оп-
тимальная для роста клубеньковых бактерий температура 24–26 ºС. Клу-
беньковые бактерии хемогетеротрофы, т. е. в качестве источника углеро-
да и энергии используют органические вещества, часто нуждаются в не-
которых витаминах – тиамине, пантотеновой кислоте, биотине. Они
обычно существуют свободно в почве, их количество зависит от харак-
тера почвы и ее предшествующей сельскохозяйственной обработки. При
свободном существовании в почве используют связанный азот, т. е. ут-
рачивают способность фиксировать азот атмосферы.
Клубеньковые бактерии обладают выраженной специфичностью в от-
ношении бобовых растений: каждый их вид вызывает образование клу-
беньков на корнях одного или группы близких видов бобовых. В основе
специфичности такого симбиоза лежит способность бобовых растений
синтезировать лектины – гликопротеины, обладающие свойством обра-
тимо и избирательно связывать углеводы и углеводные детерминанты
биополимеров без образования ковалентной связи и изменения их струк-
туры. Лектины находятся на наружной поверхности корневых волосков.
Видоспецифичные же углеводы входят в состав наружной мембраны
клеточной стенки клубеньковых бактерий. Взаимодействие поверхност-
ных лектинов корневого волоска с углеводами мембраны бактерий рода
Rhizobium определяет процесс дальнейшего инфицирования корневого
волоска.
Симбиоз устанавливается при прорастании семян бобовых растений.
При их развитии корни выделяют органические питательные вещества,
которые стимулируют размножение ризосферных микроорганизмов, в
том числе и клубеньковых бактерий. Из почвы клубеньковые бактерии
проникают через корневые волоски в корень. Процесс инфицирования
начинается с адгезии клеток бактерий на поверхности корневых волос-
ков. В клетках корневых волосков бобовых синтезируются особые веще-
ства – хемоаттрактанты для бактерий. К таким соединениям, в частности,
относятся флавоноиды и изофлавоноиды. В процессе распознавания
принимают также участие уже упоминаемые лектины, способствующие
прикреплению бактерий к корневым волоскам. Флавоноиды и изофлаво-
ноиды индуцируют экспрессию бактериальных nod-генов, которые отве-
чают за синтез Nod-факторов (белков-нодулинов), обеспечивающих
межвидовое взаимодействие.
В корневой волосок проникает сразу несколько клеток клубеньковых
бактерий. Проникновение сопровождается инвагинацией мембраны кор-
невого волоска, образуется трубка, выстланная целлюлозой, вырабаты-
ваемой клетками хозяина. В этой трубке, называемой инфекционной ни-
тью, находятся интенсивно размножающиеся бактерии. Инфекционная
нить проникает в кору корня, проходя прямо через ее клетки, а не между
ними. Развитие собственно клубенька начинается, когда инфекционная
нить достигает тетраплоидной клетки ткани коры. При этом происходит
усиленная пролиферация как самой тетраплоидной клетки, так и сосед-
них диплоидных клеток. Индуцирует пролиферацию индолилуксусная
кислота – растительный гормон, который синтезируют клубеньковые
бактерии.
В молодых клубеньках большинство бактерий представляет собой па-
лочковидные клетки, однако в дальнейшем они приобретают неправиль-
ную форму и становятся разветвленными, булавовидными или сфериче-
скими и называются бактероидами. На стадии бактероидов происходит
фиксация молекулярного азота. В конце периода роста растения бакте-
рии часто полностью исчезают из клубеньков; они отмирают, а вещества
клеток поглощает растение-хозяин.
У клубеньковых бактерий за фиксацию атмосферного азота ответстве-
нен nif-оперон, который локализован в Sуm-плазмидах (от англ. symbiosis
inducing). В Sуm-плазмидах также находятся hos-гены, обусловли-
вающие узнавание хозяина, и nod-гены, определяющие способность об-
разовывать клубеньки. Гены nif-оперона детерминируют синтез нитро-
геназы – основного фермента, участвующего в фиксации молекулярного
азота. Нитрогеназа состоит из двух компонентов: Fe-белка и FeMо-белка.
Fe-белок, содержащий [Fe4S4]-центр, служит окислительно-восстанови-
тельной системой, которая принимает электроны от ферредоксина и пе-
редает их на второй компонент – FeMо-белок. Этот молибденсодержа-
щий белок переносит электроны на N2, в результате чего через ряд
промежуточных стадий синтезируется аммиак. Часть восстановительных
эквивалентов переносится в побочной реакции на Н+, поэтому наряду с
аммиаком всегда образуется большое количество молекулярного водо-
рода. Нитрогеназа очень чувствительна к наличию молекулярного ки-
слорода и инактивируется им, поэтому в клубеньках бобовых растений
синтезируется защитное вещество – пигмент леггемоглобин, обладаю-
щий высоким сродством к кислороду. Образование леггемоглобина – это
специфический результат симбиоза: простетическая группа (протогем)
синтезируется бактероидами, а белковый компонент – при участии рас-
тения. Благодаря связыванию избытка кислорода леггемоглобином бак-
тероиды снабжаются им в количестве, достаточном для роста клеток и
получения энергии, не препятствуя при этом фиксации азота.
Клубеньки с леггемоглобином имеют розовый цвет и способны фик-
сировать молекулярный азот. При разрушении леггемоглобина образу-
ются зеленые пигменты биливердины, а клубеньки, содержащие такие
пигменты, молекулярный азот не фиксируют.
Значение клубеньковых бактерий в сельском хозяйстве очень велико.
За вегетационный период на 1 га поля, засеянного многолетними бобо-
выми растениями (клевер, люцерна), связывается 150–200 кг атмосфер-
ного азота. Часть его выделяется из клубеньков во время вегетации, в ос-
новном в виде аминокислот. Остающиеся после уборки урожая корни,
особенно у многолетних бобовых, содержат также много азота. Эти ос-
татки подвергаются аммонификации, благодаря чему происходит обога-
щение почвы доступными для растений соединениями азота.
Для обогащения почвы клубеньковыми бактериями в промышленных
масштабах производятся препараты нитрагин, ризоторфин и сапронин,
которые используются для предпосевной обработки семян бобовых.
Другим примером эндосимбиотических мутуалистических взаимоот-
ношений является взаимоотношение бактерий рода Bradyrhizobium с бо-
бовыми растениями тропического и в ряде случаев умеренного поясов.
Все штаммы брадиризобий обнаруживают сродство к определенному
кругу хозяев. Например, вторая по экономической значимости и по за-
нимаемым площадям сельскохозяйственная культура в США – соя –
формирует симбиотические отношения с бактериями Bradyrhizobium
japonicum. На корневых волосках образуются клубеньки, в которых
клетки бактерий имеют раздутую форму (бактероиды) и продуцируют
фермент нитрогеназу.
Значительно хуже изучены симбиозы между другими азотфиксирую-
щими бактериями и растениями. К симбиотическим азотфиксаторам от-
носятся также актиномицеты, принадлежащие к роду Frankia. Хозяевами
актиномицетов-симбионтов могут быть более 200 видов двудольных дре-
весных растений, принадлежащих к 8 семействам, среди которых ольха
(Alnus), облепиха (Hippophae), стланик (Dryas), казуарина (Casuarina) и
др. Накопление азота в почве при участии таких растений может дости-
гать 150–300 кг/га в год и имеет поэтому большое хозяйственное значе-
ние. На корнях растений в результате симбиоза с актиномицетами рода
Frankia образуются клубеньки, которые могут достигать в диаметре 5 см.
Актиномицеты проникают в корни через корневые волоски. В клубень-
ках, так же как и у бобовых, образуется леггемоглобин, защищающий
нитрогеназу от избыточного количества молекулярного кислорода. Хи-
мизм фиксации азота у Frankia аналогичен таковому у клубеньковых
бактерий, однако он более экономичен с точки зрения потребления АТФ.
Следует отметить, что бактерии рода Frankia способны к азотфиксации и
в свободноживущем состоянии, т. е. без контакта с растением.
Примером взаимовыгодных эндосимбиозов являются взаимоотноше-
ния азотфиксирующих бактерий родов Chromatium и Klebsiella с тропи-
ческими растениями Peretta и Psichoteria. На листьях этих растений в ре-
зультате симбиоза с бактериями образуются своеобразные клубеньки, в
которых осуществляется азотфиксация.
Азотфиксирующие представители встречаются и среди цианобакте-
рий, способных образовывать симбиозы с широким кругом растений,
включающим покрытосеменные, голосеменные, папоротники, мхи и да-
же одноклеточные морские диатомовые водоросли. Наиболее изученны-
ми являются эндосимбиозы цианобактерий Anabaena azollae с водным
папоротником Azolla. У папоротника, растущего на поверхности стоячих
тропических водоемов, цианобактерии содержатся в полостях листьев.
Цианобактерии – многоклеточные организмы, отдельные их клетки при
отсутствии связанного азота превращаются в специализированные фор-
мы, получившие название гетероцисты, в которых и происходит фик-
сация атмосферного азота. В гетероцистах нитрогеназа защищена от ин-
гибирующего действия молекулярного кислорода за счет образования
дополнительных поверхностных оболочек. Папоротник Azolla растет на
поверхности затопленных рисовых полей и может при надлежащей агро-
технике полностью удовлетворять потребность риса в азоте. Накопление
азота в почве в результате симбиоза цианобактерий с водным папорот-
ником составляет около 300 кг/га в год.
Одним из примеров взаимовыгодных экзосимбиозов является симби-
оз микроорганизмов и жвачных животных. Как известно, жвачные жи-
вотные подобно другим млекопитающим не синтезируют ферменты цел-
люлазы, однако при использовании растительной пищи, прежде всего,
должны быть расщеплены целлюлозосодержащие клеточные стенки рас-
тений, которые состоят из гемицеллюлозы, лигноцеллюлозы и т. п. В
пищеварительном тракте жвачных животных выделяют не менее четы-
рех последовательно расположенных отделов желудка. Два первых, на-
зываемых рубцом, содержат большое количество микроорганизмов (кон-
центрация 1010 кл/мл). Микрофлора рубца очень разнообразна и пред-
ставлена пектолитическими, молочнокислыми, метаногенными, пропио-
новокислыми, маслянокислыми, целлюлолитическими бактериями, про-
стейшими, микроскопическими грибами. Микроорганизмы в рубце на-
ходятся в оптимальных условиях существования: во-первых, они обеспе-
чены питательной средой, которая в изобилии содержит сбраживаемые
углеводы и хорошо забуферена слюной; во-вторых, они находятся в ус-
ловиях постоянной благоприятной температуры – температуры тела жи-
вотного; в-третьих, в желудке поддерживаются оптимальные условия
влажности; в-четвертых, осуществляется постоянное перемешивание
субстрата и отток непереваренных остатков корма и метаболитов в ни-
жележащие отделы пищеварительного тракта. Это позволяет расщеплять
растительную пищу с высоким содержанием (до 85 % сухой массы)
клетчатки примерно за двое суток. Микроорганизмы рубца расщепляют
целлюлозу и другие сложные углеводы, присутствующие в поглощенном
животным корме, образуя жирные кислоты (сукцинат, лактат, пропионат,
бутират) и газы (СО2 и СН4). Жирные кислоты всасываются через слизи-
стую оболочку рубца, поступают в кровоток и, циркулируя с кровью,
достигают различных тканей тела, где используются в процессе дыхания.
От образующихся в рубце газов жвачные животные избавляются путем
частого отрыгивания. Бактерии рубца изменяют также растительные жи-
ры, подвергая их гидрированию, в результате чего образуются насыщен-
ные жирные кислоты, которые всасываются в кишечнике, а затем вклю-
чаются в собственные жиры организма крупного рогатого скота, входя-
щие в состав мяса, молока и масла. Жиры становятся более тугоплавки-
ми и имеют более низкую температуру плавления. Жиры же нежвачных
млекопитающих содержат ненасыщенные жирные кислоты с более ко-
роткой цепью, поступающие с растительным кормом, и не гидрируются.
Микробная популяция рубца быстро растет, и клетки микроорганизмов
переходят из рубца вместе с непереваренным растительным материалом
в следующие отделы пищеварительного тракта животного. В самом руб-
це пищеварительные ферменты не образуются, но в других отделах вы-
деляются протеазы, которые разрушают и переваривают микробные
клетки, поступающие из рубца. Образующиеся при этом азотистые со-
единения и витамины используются животным. По этой причине по-
требности в соединениях азота у жвачных животных реализуются значи-
тельно проще, чем у остальных групп млекопитающих. Они могут суще-
ствовать, используя в качестве источника азота мочевину или аммиак,
которые у большинства млекопитающих являются продуктами выделе-
ния.
Взаимовыгодные экзосимбиотические взаимоотношения складывают-
ся у высших растений с микроорганизмами, находящимися на поверхно-
сти листьев, стеблей и плодов, а также корней и в прикорневой зоне.
На поверхности надземной части растений (в филлосфере) всегда на-
ходится большое количество бактерий и грибов, получивших название
эпифитных (от греч. epi – вокруг, phitos – растение). Видовой состав
филлосферы разнообразен, но в количественном отношении обычно пре-
обладают клетки бактерий вида Pantoea agglomerans и молочнокислых
бактерий. Микробы-эпифиты питаются веществами (углеводами, амино-
кислотами), выделяемыми растениями. Продукты жизнедеятельности
эпифитных микроорганизмов могут поглощаться высшими растениями с
каплями росы и влиять на их рост. К микробным метаболитам, положи-
тельно влияющим на развитие растения, относятся ауксины, витамины,
антибиотики.
На поверхности корней (в ризоплане) и в почве, окружающей корни (в
ризосфере), содержится в десятки и сотни раз больше микроорганизмов,
чем в остальной почве. В ризосфере и ризоплане сапрофитные микроор-
ганизмы находят благоприятный субстрат, обогащенный органическими
веществами за счет отмирающих клеток корневого чехлика, корневых
волосков и первичной коры, а также корневых выделений. Среди корне-
вых выделений обнаружены органические кислоты, углеводы, амино-
кислоты, витамины и другие соединения. В связи со специфичностью
метаболизма разных видов растений в ризосферу выделяются различные
вещества. В результате этого качественный состав микроорганизмов,
развивающихся на поверхности корней разных растений и в прикорневой
зоне, неодинаков.
Микроорганизмы ризосферы и ризопланы оказывают большое влия-
ние на жизнедеятельность растения за счет минерализации органических
остатков; выделения кислот, растворяющих труднорастворимые соли;
фиксации молекулярного азота. Кроме того, ряд других микробиологи-
ческих процессов приводит к обогащению почвы доступными для расте-
ний питательными веществами. Многие микроорганизмы вырабатывают
ауксины, гиббереллины, витамины, сидерофоры и другие физиологиче-
ски активные вещества, которые поглощаются корнями и благотворно
влияют на рост растений.
Примером мутуалистических экзосимбиозов является также формиро-
вание и развитие нормальной микрофлоры человека, млекопитающих и
других животных.
У млекопитающих и человека кожа, полость рта, дыхательные пути,
пищеварительный тракт, мочеполовая система всегда заселены большим
количеством разнообразных микроорганизмов, которые приспособились
для развития в таких условиях. Они и составляют нормальную микро-
флору конкретного органа у определенного вида, состав которой постоя-
нен. Бактерии нормальной флоры не вызывают заболеваний, если не
происходит их случайного внедрения в обычно защищенные области те-
ла человека или не наступают нежелательные физиологические измене-
ния в организме хозяина. Например, радикальная перемена питания или
вирусная инфекция могут привести к созданию таких условий внутри ор-
ганизма, в которых представитель нормальной бактериальной флоры
способен вызывать то или иное заболевание.
Каждый участок тела представляет особую экологическую нишу, в
которой формируется характерная микрофлора. Например, на коже посе-
ляются главным образом пропионовокислые бактерии, микрококки, ми-
кобактерии, негемолитические стрептококки и стафилококки, дрожжи.
Наиболее частыми представителями кожной микрофлоры являются бак-
терии Staphylococcus epidermidis, Staphylococcus saprophyticus и грибы
рода Candida. Микроорганизмы кожи развиваются за счет питательных
веществ, содержащихся в поте. Нормальная кожная флора не вызывает
нежелательных явлений, если не считать выработки «пахучих» веществ.
Она играет решающую роль в защите от патогенных и других посторон-
них микроорганизмов, оказывая на них антимикробное или конкурент-
ное действие за счет синтеза бактериоцинов, антибиотиков, органиче-
ских кислот и других соединений. Полезные функции кожной флоры
становятся очевидными в тех случаях, когда при наружном применении
антибиотиков или внутреннем перенасыщении ими организма поража-
ются и кожные бактерии. В этом случае начинается размножение дрож-
жей и других патогенных грибов, что приводит к возникновению дерма-
титов.
Нормальными обитателями ротовой полости и горла являются грам-
положительные кокки, к которым относятся микрококки, пневмококки,
стрептококки. Кроме того, здесь обнаруживается большое количество
грамотрицательных и грамположительных палочек, главным образом
лактобацилл, спирохет, актиномицетов, пропионовокислых бактерий.
Дрожжи также являются постоянными обитателями этого участка желу-
дочно-кишечного тракта. Все эти организмы, как правило, безвредны, но
при повреждении слизистых оболочек многие из них могут внедриться в
ткани тела и вызвать то или иное заболевание.
В желудке здорового человека и многих млекопитающих развивается
специфическая микрофлора, что обусловлено действием желудочного
сока. Нормальную микрофлору желудка составляют дрожжи, сарцины,
лактобактерии, стафилококки, стрептококки, кампилобактерии и другие
(всего до 30 видов), но не гнилостные бактерии. Изменение состава мик-
рофлоры, в частности появление гнилостных бактерий, а также бактерий
вида Helicobacter pylori (возбудители гастрита, язвы и рака желудка) –
признак нарушения нормальной функции желудка. В двенадцатиперст-
ной кишке и верхних отделах тонкого кишечника на микроорганизмы
губительно действуют желчь и пищеварительные ферменты. Нижние от-
делы тонкого кишечника и толстый кишечник населены чрезвычайно
обильной и постоянной микрофлорой. Содержание микроорганизмов
может достигать 1012/г фекальных масс. Природа этой микрофлоры из-
меняется в зависимости от питания и возраста человека. Например, у
грудных младенцев при естественном вскармливании в кишечной мик-
рофлоре всегда преобладают гетероферментативные молочнокислые
бактерии Bifidobacterium bifidum. Это связано с потребностью данных
бактерий в углеводах, содержащих N-ацетилглюкозамин, которые име-
ются только в женском, но не в коровьем молоке. У новорожденных, на-
ходящихся на искусственном вскармливании, доминируют бактерии Lactobacillus
acidophilus.
В толстом кишечнике взрослых людей обнаружено более 260 видов
микроорганизмов. Микрофлору толстого кишечника можно разделить на
четыре группы.
1. Основную массу микрофлоры составляют грамположительные бак-
терии рода Bifidobacterium и грамотрицательные бактерии семейства
Bacteroidaceae. На долю бифидобактерий и бактероидов приходится до
96–99 % всей микрофлоры толстого кишечника.
2. Факультативные анаэробы, представленные главным образом ки-
шечной палочкой, грамположительными энтерококками и молочнокис-
лыми бактериями рода Lactobacillus, на долю которых приходится до 1–
4 % всей микрофлоры толстого кишечника.
3. Микроорганизмы родов Staphylococcus, Proteus, Pseudomonas, Clostridium,
Candida составляют 0,001–0,01 % всех микроорганизмов толсто-
го кишечника.
4. Другие представители семейства Enterobacteriaceaе, которые могут
временно или постоянно обнаруживаться в кишечнике и вызывать ки-
шечные инфекции (Salmonella, Shigella, Enterobacter и др.).
Соотношение микроорганизмов разных типов в основном зависит от
режима питания. Серьезные изменения в кишечной микрофлоре может
вызвать непродуманное применение в лечебных целях антибиотиков и
сульфаниламидов, что приводит к нарушению качественного и количе-
ственного состава кишечной флоры. При этом развитие дрожжеподоб-
ных грибов активизируется, а бактерий – подавляется. Явление, когда
происходит качественное и количественное нарушение состава микро-
флоры в организме, получило название дисбактериоза.
В крови и лимфе здоровых людей и животных микроорганизмы, как
правило, не обнаруживаются, но если они имеются, то этот факт рас-
сматривают как показатель болезненного состояния.
В средних и нижних дыхательных путях (трахеи и бронхи) также не
должно быть микроорганизмов, от их попадания у живых организмов
имеется ряд приспособлений и механизмов. Во-первых, большинство
бактерий задерживается на слизистой оболочке носоглотки и не может
свободно продвигаться к легким, так как клетки реснитчатого эпителия,
выстилающие трахею, постоянно вырабатывают слизь, откуда она по-
ступает вверх. Во-вторых, легкие – место активного фагоцитоза – меха-
низма, посредством которого инородные частицы захватываются и раз-
рушаются особыми клетками-фагоцитами.
Микробный ценоз органов мочеполовой системы несравненно более
скуден. Верхние отделы мочевыводящих путей у здорового человека
обычно стерильны; в нижних отделах доминируют Staphylococcus epidermidis,
негемолитические стрептококки, дифтероиды; также достаточ-
но часто выделяют грибы родов Candida, Torulopsis и Geotrichum. В на-
ружных отделах доминирует Mycobacterium smegmatis.
Роль нормальной микрофлоры в организме сводится к следующему.
1. Выполняет важную роль в защите организма от патогенов за счет
различных механизмов: синтеза антибиотиков, бактериоцинов, органи-
ческих кислот, спиртов, лизоцима и т. д.
2. Активирует иммунную систему: в отсутствие нормального микроб-
ного биоценоза наблюдаются многочисленные ее дисфункции, что было
показано на экспериментально выращенных в специальных камерах без-
микробных животных, названных гнотобионтами. Развитие безмик-
робного животного сопровождается отклонениями от нормы, значитель-
ным увеличением слепой кишки, слабым развитием лимфатической сис-
темы. Существенной особенностью таких животных является повышен-
ная чувствительность к микроорганизмам: заражение их совершенно
безвредными для обычных животных микроорганизмами нередко приво-
дит к смертельному исходу.
3. Обеспечивает макроорганизм ионами Fe2+, Ca2+ и витаминами. Счи-
тают, что кишечная микрофлора обеспечивает потребности человека и
животных в витаминах (В1, В2, В6, В12, К, никотиновой, пантотеновой,
фолиевой кислоте и др.) и незаменимых аминокислотах.
4. Участвует в инактивации токсичных продуктов, проникающих из-
вне и/или образующихся эндогенно. Кислоты и газы, выделяющиеся в
ходе жизнедеятельности микрофлоры желудочно-кишечного тракта, бла-
гоприятно влияют на перистальтику кишечника.
5. Участвует в процессах пищеварения, в том числе в обмене холесте-
рина и желчных кислот.
Однако в определенных условиях отдельные представители нормаль-
ной микрофлоры могут стать возбудителями некоторых заболеваний. К
примеру, кишечная палочка может вызвать перитонит, аппендицит, за-
болевания желчного пузыря и другие; обитающие на коже стрептококки
нередко вызывают фурункулез. Это происходит в тех случаях, когда по-
вреждены органы и ткани, снижен иммунитет человека или животного.
Представители нормальной микрофлоры, которые при определенных ус-
ловиях могут вызвать заболевания макроорганизма, относятся к оппор-
тунистической микрофлоре, а заболевания, вызываемые ими, называ-
ются эндогенными инфекциями.
На основании вышеизложенного можно заключить, что нормальная
микрофлора млекопитающих представляет собой один из примеров сим-
биотических взаимоотношений, которые имеют ряд переходных форм от
мутуализма к паразитизму и наоборот.
Паразитизм широко распространен в мире микроорганизмов и за-
ключается в том, что микроорганизмы не только живут за счет хозяина
(растения или животного), используя его как источник питания и среду
обитания, но и причиняют ему вред, вызывая те или иные заболевания,
т. е. паразитизм сопровождается развитием патологических процессов.
Микроорганизмы, вызывающие заболевания, называются патогенными.
Все паразитические микроорганизмы характеризуются определенной
степенью специфичности по отношению к хозяину. Например, брюшным
тифом болеют только люди; пневмококки паразитируют на мышах и на
людях, но патогенез заболевания различается в зависимости от организ-
ма.
Большинство патогенов – паразиты, но встречаются и патогенные са-
профиты, не способные проникать в живые ткани и размножающиеся в
отмерших тканях. Примером таких бактерий являются возбудители стол-
бняка (Clostridium tetani) и ботулизма (Clostridium botulinum). Для разви-
тия заболевания достаточно, чтобы в организм попал только яд, синтези-
руемый ими.
Способность микроорганизма вызывать заболевание называется па-
тогенностью. Патогенность – важное в таксономическом отношении
свойство, поскольку оно является видовым признаком и качественной
характеристикой болезнетворного микроорганизма. Однако отдельные
штаммы внутри вида бактерий могут сильно различаться по степени па-
тогенности. Степень патогенности называется вирулентностью, т. е.
вирулентность является количественным проявлением патогенности. В
соответствии с этим вирулентность – признак штамма, а не вида; можно
говорить о высоковирулентном, низковирулентном и даже авирулентном
штамме патогенных бактерий. За единицу измерения вирулентности
приняты минимальная летальная доза (МЛД) и LD50.
Минимальная летальная доза – наименьшее число патогенных мик-
роорганизмов, способное вызвать гибель подопытного лабораторного
животного. LD50 – количество патогенных микроорганизмов, способное
вызывать гибель 50 % экспериментально зараженных подопытных жи-
вотных.
Вирулентность определенного штамма патогенного микроорганизма
определяется рядом факторов, из которых наибольшее значение имеют
инвазивность – способность проникать и распространяться в организме
хозяина, агрессивность – способность выживать в организме, размно-
жаться и поражать и токсигенность – способность синтезировать ток-
сины – высокоспецифические ядовитые вещества, повреждающие, уби-
вающие клетки или нарушающие клеточные процессы макроорганизма в
малых дозах.
Вклад инвазивности микроорганизма в его повреждающее действие
на макроорганизм может быть самым разнообразным. Для некоторых
микроорганизмов он незначителен, так как они настолько токсичны, что
даже местная инфекция приводит к образованию и диффузии в организ-
ме хозяина такого количества токсина, которое оказывается смертель-
ным. Классический пример заболевания данного типа – дифтерия. Воз-
будитель Corynebacterium diphtheriae размножается в тканях глотки и
образует диффундирующий токсин, который поражает практически все
ткани организма. Другие микроорганизмы оказывают свое повреждаю-
щее действие лишь при интенсивном размножении во многих тканях. К
таким заболеваниям относится сибирская язва. Возбудитель этого забо-
левания Bacillus anthracis обнаруживается в крови больных в огромном
количестве.
Инвазивность обеспечивается адгезией и продукцией веществ, спо-
собствующих проникновению микробов в макроорганизм. Под адгезией
понимают способность микроорганизма адсорбироваться (или прили-
пать) на чувствительных клетках. Большинство инфекций начинается на
слизистых оболочках дыхательной, пищеварительной или мочеполовой
системы. Взаимодействие патогенов и слизистой оболочки высокоспе-
цифично, т. е. микроорганизм не адгезируется на всех эпителиальных
клетках в равной степени. Существуют комплементарные молекулы на
поверхности клеток возбудителя и хозяина. Роль рецепторов у бактерий
играют ворсинки и жгутики, тейхоевые кислоты (у грамположительных
бактерий), липопротеины и липополисахариды (у грамотрицательных
бактерий). Клетки макроорганизма также обладают довольно сложным
рецепторным аппаратом. Например, в кишечнике энтеробактерии «при-
липают» к гликопротеиновому покрову ворсинок клеток энтероцитов –
гликокаликсу. При этом энтеропатогенные кишечные палочки, вызы-
вающие колиэнтериты у детей, а также холерные вибрионы, взаимодей-
ствуя с микроворсинками энтероцитов, колонизируют их, размножаясь
на поверхности данных образований. Шигеллы и дизентериеподобные
кишечные палочки, некоторые сальмонеллы в процессе адгезии изменя-
ют микроворсинки энтероцитов и проникают в клетку, где происходит
их размножение.
Патогенные микроорганизмы проникают в организм с помощью фер-
ментов гидролаз, повышающих проницаемость тканей. Хорошо изучены
следующие ферменты инвазивности:
1) гиалуронидаза – расщепляет гиалуроновую кислоту, входящую в
состав соединительной ткани и обеспечивающую ее прочность и непро-
ницаемость для микробов. Обнаружена у многих патогенных микроорга-
низмов: у палочек газовой гангрены, стафилококков, стрептококков, у
возбудителей дифтерии, бруцеллеза и др.
2) коллагеназа – разрушает тканевый белок коллаген и вызывает рас-
пад мышц; обнаружена у возбудителей газовой гангрены и др.;
3) фибринолизин – растворяет сгустки фибрина, которые образуются
в крови в процессе воспалительных реакций и препятствуют распростра-
нению микроорганизмов. Продуцируется стрептококками (стрептокина-
за), стафилококками и другими микроорганизмами (стрептокиназу ис-
пользуют для лечения тромбозов);
4) нейраминидаза –разрывает кетосвязь между нейраминовой (сиало-
вой) кислотой и другими моносахаридами, входящими в состав глико-
протеинов, гликолипидов, полисахаридов. Обнаружена у бактерий, раз-
множающихся на поверхности эпителия, например у холерного вибрио-
на.
Вирулентность микроорганизмов определяется также агрессивно-
стью штамма, что зависит от синтеза ферментов:
• коагулазы, свертывающей плазму крови;
• уреазы, гидролизирующей мочевину с образованием аммиака;
• ДНКазы, вызывающей деполимеризацию ДНК;
• декарбоксилаз аминокислот.
Агрессивные свойства обеспечиваются также химическими вещест-
вами, входящими в состав капсул. Капсулы предохраняют микроорга-
низмы от взаимодействия с антителами и подавляют фагоцитарную ре-
акцию как в микробном очаге, так и
Категория: Глава 10.Морфология и структурная организация бактериальной клетки | Добавил: mig (24.12.2010)
Просмотров: 9382 | Рейтинг: 0.0/0
Всего комментариев: 0
Имя *:
Email *:
Код *:
Поиск
Друзья сайта
  • Здесь могла быть ваша реклама

  • Ставки на спорт
    Copyright MyCorp © 2016
    Конструктор сайтов - uCoz