Курсовая работа: Загальна характеристика і особливості життєдіяльності бактерій родини Enterobacteriaceae

Протеї

Вони не вимогливі до поживного субстрату, добре ростуть на основних поживних середовища. На середовищах Ендо і Плоскирєва виростають прозорі блискучі безбарвні колонії. На вісмут-сульфатному агарі через 48 годин утворюються сірувато-коричневі колонії, під якими формується чорно-коричнева зона. Н-форма (джгутикова) на простому агарі дає характерний повзучий ріст або „феномен роїння”. Культура має неприємний гнильний запах. При посіві у стовпчик напіврідкого агару визначають рухливість. Повзучий характер росту протею використовують для виділення чистих культур посівом у конденсаційну воду скошеного агару за методом Шукевича. Протеї є факультативними анаеробами. Ростуть при температурі 20-37°С.

Ферментують багато вуглеводів з утворенням кислих продуктів, глюкозу розщеплюють з утворенням кислот і невеликої кількості газу. Різні види відрізняються один від одного за ферментацією вуглеводів, утворенню індолу, уреази, сірководню, орнітиндекарбоксилази та іншим ознакам, наведено в таблиці 2.4 [3,6].

Таблиця 2.4 - Диференціальні ознаки бактерій роду Proteus (за [6])

3. МЕТАБОЛІЗМ БАКТЕРІЙ РОДИНИ ENTEROBACTERIACEAE

Більшість ентеробактерій можуть використовувати в якості субстратів для дихального метаболізму велику кількість простих органічних сполук – органічні кислоти, амінокислоти, вуглеводи. В аеробних умовах, всі ці бактерії добре ростуть на звичайних складних бактеріологічних середовищах, азотисті компоненти яких (амінокислоти і пептиди) забезпечують їх окислюючими субстратами. В анаеробних умовах, однак, ріст стає строго залежним від наявності зброджує мого вуглеводу. Деякі моносахариди, дисахариди і поліспирти зброджуються всіма представниками даної групи. Використання полісахаридів менш розповсюджено.

Хоча ентеробактерії вирощують на складних середовищах, мінімальні харчові потреби цих організмів, зазвичай прості. Представники багатьох родів взагалі не потребують факторів росту (наприклад Escherichia coli, багато видів Salmonella), а у ауксотрофних організмів ці потреби зазвичай прості. Особливо розповсюджена потреба в нікотиновій кислоті, що характерна для багатьох видів роду Proteus. У Salmonella typhi є специфічна потреба в триптофані.

Дослідження механізму регуляції біосинтезу амінокислот у багатьох ентеробактерій виявило характерні особливості цього процесу, які відрізняють данні організми від всіх інших бактерій. Наприклад, перша стадія в біосинтезі амінокислот родини аспартату, перетворення аспарагінової кислоти в аспартилфосфат, у ентеробактерій завжди здійснюється трьома ізофункціональними аспартаткіназами: аспартаткіназою I, яка і інгібується, і репресується треоніном, аспартаткіназою II, яка репресується, але не інгібується метіоніном, і аспартаткіназою III, яка і інгібується, і репресується лізином. Цей тип регуляції аспарагінового шляху не був виявлений ні в однієї бактерії не кишкової групи.

ГЦ-склад ДНК ентеробактерій варіює в широких межах – від 37 до 63%. За виключенням роду Proteus, представники якого суттєво відрізняються за нуклеотидним складом. ГЦ-склад ДНК споріднених організмів трьох видів - Salmonella, Escherichia і Shigella – розрізняються зовсім мало. Діапазон змінення

ГЦ-складу для „класичних” бактерій родини Enterobacteriaceae (від 37 до 59%) дуже близький до діапазону для представників родини з полярним джгутикуванням (від 39 до 63%) [10].

Бродіння

Зброджування сахаридів у ентеробактерій відбувається за шляхом Ембдена-Мейєргофа. Продукти бродіння у різних представників групи розрізняються і якісно, і кількісно. Однак у цих процесів є одна характерна біохімічна властивість, яка рідко зустрічається при інших типах бактеріального бродіння. Мова йде про особливий спосіб розщеплення однієї з проміжних сполук – піровиноградної кислоти (ПВК), що веде до утворення мурашиної кислоти:

СН3СОСООН + КоАSН→СН3СОSКоА+ НСООН.

Таким чином, мурашина кислота часто є основним кінцевим продуктом бродіння. Вона накопичується, хоча не завжди, оскільки деяки з цих бактерій володіють формнатгідрогенліазою, яка розщеплює мурашину кислоту до СО2 і Н2:

НСООН → СО2+Н2.

У таких організмів замість мурашиної кислоти як кінцевого продукту бродіння утворюються еквімолярні кількості Н2 і СО2.

Найбільш розповсюдженим типом перетворення сахаридів при бродінні у ентеробактерій є так зване бродіння змішаного типу, яке приводить до утворення молочної, оцтової, бурштинової і мурашиної кислот (або СО2 і Н2), а також етилового спирту. Такий тип бродіння властив представникам родів Salmonella, Escherichia, Shigella і Proteus. Відношення кількості різних кінцевих продуктів різниться як від штаму до штаму, так і для одного штаму при рості в різних умовах, наприклад при різних значеннях рН. Така різниця відображає ту обставину, що кінцеві продукти утворюються з піровиноградної кислоти трьома незалежними шляхами (рис. 3.1). Утворення газу в результаті зброджування сахаридів є дуже важливою ознакою для ентеробактерій – газоутворювальні бактерії роду Escherichia відрізняються за цим критерієм від патогенних видів групи Shigella і Salmonella typhi, які зброджують сахариди без виділення газу. В випадку простого бродіння змішаного типу газ може утворюватися тільки за рахунок розщеплення мурашиної кислоти; відповідно, утворення газу відображає наявність форміатгідрогенліази. Цей ферментний комплекс, звісно, не суттєвий для бродіння і може загубитися в результаті мутації без зміни здатності бактерії до бродіння. І дійсно, дослід показує, що в природі існують „неаерогенні”, тобто не утворюючі газоподібних продуктів штами такого типового продуценту їх, як Escherichia coli. Тому, хоча виділення газу являє собою корисну ознаку при класифікації ентеробактерій, даний критерій не є безпомилковим.

Рисунок 3.1 - Шляхи утворення із ПВК типових кінцевих продуктів кислотного бродіння змішаного типу (за [10])

Іншою ознакою, яка має велике значення для ідентифікації ентеробактерій, є здатність зброджувати дисахарид лактозу, що обумовлено наявністю у цих організмів β-галактозідази. Ефективність зброджування лактози залежить ще і від наявності специфічної пермеази галактозидів, яка сприяє проникненю лактози в клітину. Штами які мають β-галактозідазу, але позбавленні пермеази, не можуть поглинати лактозу зі швидкістю, яка достатня для інтенсивного бродіння, і зазвичай класифікуються як не здатні до зародження цього сахариду. Зброджування лактози властиво Escherichia, але відсутні у Salmonella, Shigella і Proteus. Деякі штами Shigella утворюють β-галактозідазу, але не можуть зброджувати лактозу із-за відсутності пермеази [10].

4. ГЕНЕТИКА БАКТЕРІЙ РОДИНИ ENTEROBACTERIACEAE

Відкриття явища переносу генів у ентеробактерій при кон’югації і трансдукції дозволило доволі детально дослідити генетичні родинні відносини між деякими її представниками. Утворення хромосомних гібридів між E. coli і бактеріями родів Salmonella і Shigella каже про дуже високу ступінь генетичної гомології цих бактерій, що підтверджується і порівнянням хромосомних карт двох найбільш вивчених в цьому відношенні видів − Salmonella typhimurium і Escherichia coli. Як видно на рис. 4.1 і 4.2, де представленні в спрощеному вигляді хромосомні карти цих двох організмів, багато маркерів розташовуються на обох хромосомах в однакових локусах.

Про близьку генетичну спорідненість груп Escherichia, Salmonella і Shigella свідчить також висока ступень ДНК-ДНК-гібридизації in vitro. Утворення ж хромосомних гібридів між бактеріями цієї підгрупи і представниками інших родів ентеробактерій (Proteus, Enterobacter) відбувається дуже рідко. Крім того, випробування по гібридизації ДНК-ДНК вказують, що ступень генетичної гомології між представниками підгрупи Escherichia− Salmonella− Shigella та іншими групами ентеробактерій доволі низька. Ентеробактерії, що належать до різних родів, можуть отримувати плазміни від донорних штамів E. coli при кон’югації і потім зберігати їх як позахромосомні елементи (ефективність кон’югації варіює в широких межах; таблиця 4.1). Таким чином серед бактерій кишкової групи можуть розповсюджуватися F-фактори, які містять додаткові гени (наприклад F-lac), і R-фактори, які визначають стійкість до різноманітних лікарських засобів [10].

Рисунок 4.1 - Генетична карта E. coli К12 в спрощеному вигляді (за [10])

Рисунок 4.2 - Генетична карта S. typhimurium в спрощеному вигляді (за [10])

5. ЕКОЛОГІЯ БАКТЕРІЙ РОДИНИ ENTEROBACTERIACEAE

Середовищем проживання для більшості ентеробактерій є кишковий тракт хребетних тварин і людини.

В організмі людини багато ентеробактерій містяться в складі мікробних біоценозів тонкого і товстого кишечника. Патогенні види зустрічаються тільки у хворих і бактеріоносіїв.

З випорожненнями людей і тварин ентеробактерії потрапляють в навколишнє середовище. В ній вони можуть зберігатися на протязі різних строків в залежності від виду і умов. Деякі з них (E. coli) використовуються в санітарній мікробіології в якості показників фекального забруднення навколишнього середовища [3].

Кишкова паличка наприклад може зберігатися в воді і ґрунті декілька місяців [11].

Широке розповсюдження сальмонел в природі і різноманіття шляхів, якими вони проникають в організм людини, пояснюється їх генетичною пластичністю. Сальмонели легко знаходять екологічні ніші і адаптуються до найрізноманітніших умов [12].

Клебсієли – широко розповсюджені бактерії. Вони порівняно стійкі до факторів навколишнього середовища завдяки наявності капсули і можуть на протязі тривалого часу зберігатися в ґрунті, воді, приміщеннях. Разом з тим вони зустрічаються в складі мікробних біоценозів в організмі людини і тварин [3].

Протеї P. vulgaris і P. mirabilis є мешканцями кишечника багатьох тварин, виявляються також в стічних водах і ґрунті. Всі види протеїв можуть виділятися з хворих людей [3].

6. АНТИГЕНИ БАКТЕРІЙ РОДИНИ ENTEROBACTERIACEAE

Антигенна будова служить одним із суттєвих критеріїв, на яких основана класифікація, а також ідентифікація ентеробактерії. Розрізняють три основних типи антигенів: 1) О-соматичний антиген; 2) Н-джгутиковий антиген; 3)К-антигени. О-антиген є складовою частиною ліпополісахариду (ЛПС) зовнішнього шару клітинної стінки. Специфічність О-антигену визначається детермінантними сахаридами (гексозами і аміносахаридами), ковалентно зв’язаними з базисною частиною ЛПС. Н-антиген локалізується в джгутиках клітини. Він складається з білка флагеліну. Капсульні антигени К-антигени, так як і О-антигени, містяться в ЛПС клітинної стінки, але в більш поверхневому шарі. Вони маскують О-антигени.

В зв’язку з цим для визначення О-антигену у бактерій, які володіють К-антигеном, необхідно зруйнувати останній шляхом кип’ятіння або автоклавування культури. К-антигени за хімічними властивостями відносяться до кислих полісахаридів. До К-антигенів відносяться К-антигени E. coli, М-антигени Salmonella schottmuelleri, Vi-антиген збудника черевного тифу, який виявляється також у S. parathyphi C та деяких штамів E. coli. Всі ці антигени характеризуються імуннохімічною специфічністю, що дозволяє диференціювати роди і види, а також виділяти серед них серогрупи і серологічні варіанти (серовари). Антигенну будову ентеробактерій вивчають в реакціях аглютинації, непрямої (пасивної) гемаглютинації, преципітації, зокрема при імунно-електрофорезі та інших імунологічних реакціях з відповідними діагностичними сироватками.

Крім антигенів які перелічені, у ентеробактерії виявленні загальні антигени. Один з них (антиген Куніна) зв’язаний з ЛПС, інший – з білками клітинної стінки. Антиген Куніна подібне до антигену, який виявлений в товстому кишечнику людей, які страждають виразковим колітом [3].

Ешерихії Кишкова паличка має складну антигену структуру. Вона містить соматичний, або О-антиген, поверхневий (капсульний, оболонковий) К-антиген і джгутиковий Н-антиген. О-антигени у бактерій триби має схожу хімічну будову і зв’язані з ЛПС клітинної стінки. Н-антигени є тільки у джгутикових форм бактерій і складаються з білка флагеліну.

О-антигени є основними антигенами які визначають серологічну групу ешеріхій. В теперішній час описано близько 170 О-серогруп E. coli. Більшість ешеріхій, що належать до різних О-серогруп, зв’язані одна з одною перехресними антигенними зв’язками. Близько 100 серогруп мають антигенні зв’язки з шигелами, сальмонелами та іншими ентеробактеріям.

К-антигени представленні трьома антигенами, які позначаються літерами A,B і L. Вони відрізняються один від одного чутливістю до нагрівання і хімічним речовинам. К-антигени мають здатність маскувати О- антигени, які можна виявити тільки після руйнування перших кип’ятінням культури. Ешерихії містять близько 97 різних К-антигенів, переважно В-типу.

Н-антигени на відміну від О- і К-антигенів є типоспецифічними. У ешеріхій описано близько 50 різних Н-антигенів.

Антигени ешеріхій позначаються антигенними формулами, які вказують на серогруп, наприклад E. coli О126:К6О(В6), або серовар − E. coli О126:К6О(В6):Н2 [3,13].

Сальмонели

Сальмонели, так як і ешерихії, мають складну антигенну структуру. Вони містять О-антигени (соматичні) та Н-антигени (джгутикові). Деякі сальмонели мають К-антиген. За своєю хімічною структурою О-антигени сальмонел аналогічні тим же антигенам ешерихій. Вони відрізняються один від одного тільки структурою кінцевих ланок полісахаридного компоненту ЛПС, який визначає імуннохімічну специфічність грамнегативних бактерій. Н-антигени можуть існувати в двох різних фазах: специфічній 1-й фазі і менш специфічній, або груповій, 2-й фазі. Систематична розробка антигенної будови різних сальмонел була проведена Ф. Кауфманом, який в 1934 році запропонував серологічну класифікацію цих бактерій. Всі відомі на той час сальмонели (близько 700) він розділив на 44 серологічних типи в реакціях аглютинації з діагностичними моно рецепторними сироватками.

Ця схема в подальшому неодноразово розширювалася Ф. Кауфманом та П. Уайтом і зараз включає близько 2000 сероварів сальмонел, які входять в склад 4 підродів.

До підроду I − S. kauffmani − відноситься більша частина патогенних для людини сальмонел серологічних груп A, B, C, D, E.

Аналіз антигенної будови є обов’язковим елементом мікробіологічної діагностики сальмонельозів. В основу схеми Ф. Кауфмана і П. Уайта закладена общин О-антигенів сальмонел, які об’єднанні в серологічні групи, які позначаються літерами латинського алфавіту. Диференціація сальмонел всередині групи проводиться на основі особливостей їх Н-антигенів. Фаза 1 позначається прописними літерами латинського алфавіту: a, b, c тощо, фаза 2 − арабськими числами і, рідше, латинськими літерами. Кожному сировару привласнюють одна з видових назв з відповідною антигенною формулою, наприклад: S. enteritidis 1, 9, 12 [3].

Сальмонели − збудники черевного тифу і паратифів А і В (S. typhi, S. parathyphi A, S. schottmuelleri)

Сальмонели черевного тифу і паратифу разом з О- і Н-антигенами можуть містити і Vi-антиген. Він відноситься до К-антигенів і являє собою полімер N-ацетилгалактозаміноуронової кислоти. Наявність у сальмонел Vi-антигену, так як і ешерихій К-антигену, перешкоджає аглютинації бактерій О-сироватками. Vi-антиген міститься в вірулентних штамах сальмонел і є специфічним рецептором для деяких фагів, які називаються Vi-фагами. Це дало змогу розробити методику визначення фаговарів черевнотифозних і паратифозних сальмонел і розподілити їх по певним групам. Визначення фаговару згаданих сальмонел, так як і серовару, проводиться для епідеміологічного аналізу черевного тифу і паратифів з метою встановлення джерела інфекції, шляхів і засобів її розповсюдження [3].

Шигели так як і ешерихії і сальмонели мають складну антигенну структуру. В складі їх клітинних стінок є О-, а у деяких видів (шигели Флекснера) і К-антигени. За хімічною структурою вони аналогічні антигенам ешеріхій. Відмінності складаються головним чином в структурі кінцевих ланок полісахаридного компоненту ЛПС, які обумовлюють імуннохімічну специфічність, що дає змогу диференціювати їх від інших ентеробактерій і між собою. Крім того, шигели мають перехресні антигенні зв’язки з багатьма серогрупами ентеропатогенних ешерихій, які викликають головним чином дизентерієподібні захворювання, і з іншими бактеріями [3].

Клебсієли

Клебсієли містять О- і К-антигени. Всього відомо 11 О-антигенів і 80 К-антигенів. Останні зв’язані з капсулами. Серологічна класифікація клебсієл основана на їх антигенних відмінностях. У штамів однієї і тієї ж О-серогрупи можуть бути різні К-антигени і навпаки. Деякі О- і К-антигени клебсієл споріднені О-антигенам ешерихій і сальмонел. Найбільша кількість О- і К-антигенів знайдено у K. pneumoniae. За своїм хімічним складом ці антигени принципово не відрізняються від подібних антигенів інших ентеробактерій [3].

Протеї

Протеї володіють принаймні двома антигенами. Один з них представлений джгутиковим Н-антигеном, а другий – О-антиген − є ЛПС клітинної стінки. У трьох видів – P. morganii, P. rettgeri, P. inconstans ідентифіковано декілька десятків сероварів.

Деякі серовари протея (ОХ-штами) мають антигени, які перехресно реагують з антигенами рикетсій. Раніше ця властивість використовувалась при серодіагностиці сипного тифу – реакція Вейля-Фелікса. В якості антигенів для цієї реакції слугували культури Proteus OX [3].

7. ПАТОГЕНІСТЬ І ТОКСИНОУТВОРЕННЯ БАКТЕРІЙ РОДИНИ ENTEROBACTERIACEAE

Патогенна дія ентеробактерій пов’язана з ліпополісахаридами клітинної стінки.

Вірулентність ентеробактерій визначається їх адгезивною здатністю, яка обумовлена позитивним хемотаксисом між поверхневими структурами мікробу і рецепторами епітеліальних клітин. Крім того, адгезивність пояснюється наявністю у багатьох ентеробактерій ворсинок, а також структурою ЛПС. Після „прилипання” до епітеліальних клітин ешерихії, які викликають дизентерієподібні колі-інфекції, і шигели проникають всередину цих клітин і там розмножуються: сальмонели розмножуються в макрофагах лімфоїдної тканини тонкого кишечника (в пейерових бляшках) і внутрішніх органах, а ешерихії – на поверхні клітин. Потім бактерії поступають у просвіт кишечника.

Токсигенність ентеробактерій обумовлена ендотоксином і екзотоксинами (ентеротоксинами і цитотоксинами). Перший являє собою ЛПС клітинної стінки. Він вивільняється тільки після руйнування бактеріальних клітин. Ентеротоксигенні ешерихії продукують два типи ентеротоксину білкової природи, які розрізняються чутливістю до температури. Їх утворення контролюється Ent-плазмідою. Термолабільний ентеротоксин, який утворюється ешерихіями і шигелами, за своїми властивостями схожий на холероген, який продукується холерним вібріоном. Багато ешерихій, які викликають колі-ентерити і дизентерієподібні захворювання, а також шигели Флекснера, Зонне, сальмонели тощо, здатні утворювати ентеротоксини [3].

До дійсного часу систематизовано біля ста патогенних серотипів кишкової палички, що викликають захворювання в людини, тварин, у тому числі і птахів.

З представників групи кишкової палички найбільш патогенної вважають підгрупу A. aerogenes (І.С.Загаєвський). Ці бактерії часто викликають колібактеріоз у телят і дітей, важкі мастити в корів, гостре запалення легких і сечостатевих шляхів у людини і тварин. Крім захворювання, деякі види бактерій кишкової палички викликають псування молока і молочних продуктів [14].

Сальмонели утворюють ендотоксин, який виявляє ентотропну, нейротропну і пірогенну дію. Білки зовнішньої мембрани обумовлюють адгезивні властивості. Стійкість до фагоцитозу пов’язана з наявністю мікрокапсули.

Вірулентні властивості шигел визначаються їх адгезією на епітельних клітинах товстого кишечника, проникненням і розмноженням в цих клітинах. Токсигенність шигел пов’язана з утворенням двох білкових токсинів: ентеротоксину і цитотоксину. За механізмом дії ентеротоксин нагадує холероген, хоча його токсичність виявляється набагато слабше. Цитотоксин шигел порушує синтез білка на рибосомах клітин кишечника. Разом з тим після руйнування бактеріальних клітин вивільняється ендотоксин, який діє на нервову і судинну системи.

Страницы: 1, 2, 3