Автоматические системы идентификации бактерий

Бионанотехнология – современная биологическая наука, оперирующая наноразмерными объектами. Возможности получения нанообъектов и способность анализировать их качественно изменяют уже существующие подходы в исследованиях.

Одним из наиболее востребованных направлений в микробиологии является разработка быстрых и чувствительных методов изучения и идентификации бактерий на основе бионанотехнологий.

В настоящее время разнообразный анализ бактериальных клеток имеет большое значение в биотехнологии и медицине при создании биопрепаратов, оптимизации микробиологического синтеза продуктов и других биотехнологических процессов, а также при разработке новых методов контроля и диагностики. Наличие между клетками и измерительным прибором промежуточного звена в виде поддерживающей среды обуславливает недостатки этих методов: инерционность процесса измерений и усреднение измеряемых параметров.

Электрооптический метод

Поэтому электрооптический метод анализа, основанный на исследовании клеток как электрофизических объектов со слоистой структурой и измерении поляризационных характеристик клеточных структур, представляет собой новый подход к оценке прижизненных физиологических параметров клеток и их гетерогенности. Различие электрических свойств среды культивирования (поддерживающей среды) и бактериальных клеток приводит к появлению индуцибельных зарядов при наличии поля. Взаимодействие индуцированных зарядов с электрическим полем является причиной возникновения вращательного момента, задающим ориентацию клеткам. Изменение ориентации бактериальных клеток приводит к изменению оптических свойств суспензии. Оптическая плотность суспензии может изменяться на 1–2 %, однако этого достаточно для электрооптического анализа бактериальных клеток. Этот метод измерений является прижизненным, он не использует дополнительных меток и не вызывает изменений в исследуемом объекте. Преимуществом данного метода является то, что влияние среды на точность измерения поляризационных параметров является незначительным и предсказуемым. Воздействие на бактериальные клетки измерительной процедуры также незначительно, и при этом микроорганизмы сохраняют свою жизнеспособность. С помощью электрооптического метода возможно определить количество и жизнеспособность бактерий. Метод является оперативным, причем процесс измерений может быть полностью автоматизирован.

Применение электрооптического метода для оценки состояния микроорганизмов в ходе технологического процесса и для анализа взаимодействия бактерий со специфическими антителами и фагами является актуальной.

Классические методы определения бактерий, основанные на культивировании микроорганизмов с последующим микробиологическим и биохимическим анализом, являются трудоемкой и длительной процедурой с использованием дорогостоящего оборудования. Биосенсоры – аналитически чувствительная и недорогая альтернатива стандартным методам, применяемым сегодня для идентификации бактерий. Они представляют собой аналитические приборы для селективного определения веществ и организмов, в которых используется комбинация биологической системы узнавания и физического преобразователя. Увеличение числа анализируемых образцов, требующих проверки и контроля, и потребность в высокой чувствительности, скорости и точности аналитических измерений стимулировали значительный интерес к развитию биосенсоров в качестве мощной и недорогой альтернативы по отношению к стандартным химическим и энзимологическим методам, используемым на сегодняшний день. Вместе с тем, несмотря на применение биосенсоров на основе бактериальных клеток, практически нет данных по использованию клеточных фрагментов или субклеточных структур для повышения чувствительности и специфичности измерений субстратов. Отсутствуют также литературные данные и по использованию простых систем «искусственного носа» и систем на основе оптоволоконных пучков для идентификации бактерий. Перспективным направлением является разработка биосенсора для анализа антиоксидантной активности веществ с последующим изучением их влияния на защитные функции макроорганизма.

Сканирующая зондовая микроскопия

Сканирующая зондовая микроскопия (СЗМ)[*****] получила такое название благодаря ключевому элементу, обязательно присутствующему во всех ее модификациях – зонду.

Отличительной СЗМ особенностью является наличие: зонда, системы перемещения зонда относительно образца по 2-м (X-Y) или 3-м (X-Y-Z) координатам, регистрирующей системы.

Регистрирующая система фиксирует значение функции, зависящей от расстояния зонд-образца. Обычно регистрируемое значение обрабатывается системой отрицательной обратной связи, которая управляет положением образца или зонда по одной из координат (Z). В качестве системы обратной связи чаще всего используется ПИД-регулятор. (Пропорционально-интегрально-дифференциальный (ПИД) регулятор – устройство в управляющем контуре с обратной связью. Используется в системах автоматического управления для формирования управляющего сигнала с целью получения необходимых точности и качества переходного процесса.)

Основные типы сканирующих зондовых микроскопов: Сканирующий атомно-силовой микроскоп (рис. 68), сканирующий туннельный микроскоп, ближнепольный оптический микроскоп.

Рис. 68. Схема устройства сканирующего атомно-силового микроскопа (Источник: Wikipedia. http://ru.wikipedia.org/wiki/Сканирующий_атомно_соловой_микроскоп)

Микроскопический зонд двигается, как правило, построчно вдоль поверхности исследуемого образца, взаимодействуя с ним таким образом, что становится возможным детектировать количественную характеристику этого взаимодействия, которая, в конечном счете, и несет информацию о свойствах объекта.

Атомная сканирующая микроскопия (АСМ) бактерий

Существует множество методов исследования бактерий. Качественную и количественную характеристики бактериальных клеток можно получить методами световой и электронной микроскопии, фотоэлектронной микроскопии Х-лучей, ИК-спектроскопии, измерениями контактного угла и электрофоретической мобильности. Однако многие из этих методов требуют специальной подготовки и условий вакуума во время анализа и не могут быть использованы для нативных исследований. В последние годы в микробиологии открыт новый способ исследования бактерий. АСМ микроскопия обеспечивает получение 3D изображения поверхностных ультраструктур с молекулярным разрешением, в режиме реального времени и физиологических условиях. Поверхность живых бактериальных клеток – это очень сложная гетерогенная структура, содержащая липидные, белковые и углеводные компоненты. Организация некоторых мембранных областей играет важную роль во взаимодействии клеток с поверхностью и между собой. Вместе с тем, несмотря на то, что ультраструктура микробной поверхности изучается методом электронной микроскопии уже более 30 лет, прямой информации о ее строении в нативном состоянии получить таким способом нельзя. Понимание процессов адгезии и агрегации бактериальных клеток требует не только знания физико-химических свойств (гидрофобности и электрических свойств) и химического состава, но также наномеханических свойств и ультраструктуры их поверхности. Уникальная возможность АСМ представлять бактериальный мир в субнанометровом диапазоне и в водном растворе может быть использована для исследования как самих клеток, так и их поверхности в физиологических условиях. АСМ дает изображения бактериальных клеток и их поверхности с высоким разрешением. Эти изображения используются для анализа внешнего вида и свойств поверхности бактерий. АСМ может быть использована для изучения физиологических процессов, таких как клеточный рост и прорастание спор, а также для исследования морфологических изменений живых бактерий под действием антибиотиков. В водных средах микроорганизмы имеют тенденцию образовывать колонии на твердых поверхностях, создавая биопленки. Это вызывает загрязнение трубопроводов, морских сооружений и кораблей. Протекающие при этом коррозиционные процессы также изучаются методами АСМ.

Для специфической визуализации бактерий разработан новый подход, основанный на иммобилизации специфических антител непосредственно на твердой подложке через связывание антител стафилококковым белком А. Белок А специфически узнает и связывает Fc-фрагменты антител.

АСМ очень важна при быстрой и суперчувствительной детекции патогенов. Уникальные возможности АСМ можно использовать в дальнейших исследованиях в нанобиотехнологии не только для детекции бактериальных клеток и вирусов, но и для очень чувствительного определения нанофрагментов этих объектов.

Атомно-силовая микроскопия (АСМ) принадлежит к семейству проксимальной зондовой микроскопии для анализа поверхности и ее свойств на атомно-молекулярном уровне. В течение последних десятилетий достигнут большой прогресс в развитии АСМ как инструмента изучения нанообъектов в микробиологии. С помощью АСМ можно получить трехмерное изображение поверхностных ультраструктур на молекулярном уровне в реальном времени и при физиологических условиях путем анализа взаимодействия между анализируемой поверхностью и специальным наконечником – кантилевером. Однако все исследования с применением АСМ в основном сводились лишь к наноразмерному анализу бактериальной поверхности. До настоящего времени не была осуществлена специфическая иммобилизация вирусов и бактериальных клеток и/или их нанофрагментов для анализа и идентификации бактерий.

Бионатехнологии открывают новые перспективы для значительного увеличения чувствительности анализа и идентификации микроорганизмов. Результаты работы очень важны для микробиологии, поскольку существенно расширяют и дополняют представления о методах идентификации прокариот и вносят существенный вклад в понимание процессов анализа бактериального мира.

В современной микробиологии востребованной является разработка и применение новых высокоэффективных методов изучения и идентификации бактерий на основе электрооптических, биосенсорных и бионанотехнологических подходов.

Бесконтактное определение микроорганизмов

Разработан бесконтактный метод определения бактерий с применением системы искусственного носа на основе высокоплотных волоконно-оптических биосенсорных пучков. Принцип определения бактерий основан на анализе воздушного пространства над образцом для определения летучих компонентов (ЛК). Известно, что выделяемые бактериями ЛК определяют специфический запах бактерий, что может служить характерным признаком данной бактерии. Сенсорным элементом являются полистирольные микросферы с флуоресцентным красителем интерколированные в проксимальный конец волоконной системы. ЛК способны влиять на микроокружение микросфер, изменяя флуоресцентные характеристики красителя. Таким образом, анализируя летучие вещества, можно идентифицировать бактерии.

Развивая данный подход, в настоящее время показана принципиальная возможность использования простой модификации метода спектрофотометрического анализа для быстрого выявления присутствия микроорганизмов либо по выделению ими ЛК, либо по их поглощению из окружающей среды. Кроме того, данный метод позволяет различить мутанты дефектные по метаболизму азота, от штамма дикого типа.

Заключение

Современные бионанотехнологические методы анализа и идентификации микроорганизмов направлены на повышение чувствительности и уменьшение времени процедур. С этой точки зрения применение электрооптического и биосенсорного подходов изучения бактерий представляется весьма привлекательным благодаря нативности и чувствительности (для электрооптики), и чувствительности и быстроте (для биосенсоров), а использование бионанотехнологических подходов способствует не только визуализации процессов в нанометровом разрешении, но и увеличению чувствительности определения бактериальных клеток.

Электрооптический метод анализа клеток обеспечивает контроль электрофизических и связанных с ними морфологических и функциональных параметров бактерий. Интерпретация электрофизических параметров клеточных структур, фракционного состава популяции и морфометрии построена на взаимосвязи структуры и функций клетки. Результаты электрооптических исследований взаимодействия микроорганизмов с антителами или с частицами, модифицированными антителами, позволяют оценить возможность совмещения достижений в области иммуноидентификации и электрофизических измерений. Электрооптическое исследование взаимодействия фаг-бактерия также может быть применено для обнаружения и идентификации микроорганизмов. На основании итогов многолетней работы по разработке основ электрооптики микроорганизмов, можно сделать обобщающий вывод о создании теоретической и методической базы для широкого внедрения электрофизического метода анализа клеточных структур и определения гетерогенности клеточных популяций.

Современные методы анализа и идентификации микроорганизмов могут быть чувствительными, недорогими, с хорошими количественными и качественными характеристиками. Однако их применение требует обученного персонала и длительных временных процедур. Биосенсоры представляют собой разумную альтернативу традиционным методам, сокращая процедуру измерения и улучшая ее качество.

Представляется возможным идентификация микроорганизмов путем анализа летучих компонентов (ЛК) бактерий. Принцип определения бактерий основан на анализе воздушного пространства над образцом для определения ЛК компонентов с помощью системы искусственного носа. Разработаны два метода неконтактного определения бактерий. Первый – простой анализатор летучих компонентов (термостатируемый и для постоянного мониторинга) для определения бактерий и грибов по анализу газов над микробными культурами. Второй метод – система искусственного носа на основе оптических волокон высокой плотности, позволяющая определять бактерии. Пористые силиконовые микросферы с флуоресцентным красителем, инкорпорированные в оптоволоконные системы, используются для оценки изменения их флуоресценции после взаимодействия с ЛК. Анализ достоверности результатов эксперимента показал возможность применения системы искусственного носа на основе оптоволоконной системы для определения бактерий.

Применение микроорганизмов в качестве узнающего элемента биосенсора широко практикуется при анализе окружающей среды и пищи. Однако микроорганизмы представляют собой сложные полиферментные системы, а наличие сложных метаболических процессов мешает интерпретации сигнала. Поэтому разработка узнающего элемента биосенсора на основе цитоплазматической мембраны микроорганизмов позволяет увеличить специфичность и чувствительность биосенсора. Более того, путем индукции ферментативных комплексов при культивировании можно получить биосенсор на определенный субстрат.

Бионанотехнологические подходы в микробиологии –тренд в современной методологии, позволяющий детализировать процессы в микробиологии на нано-уровне. Применение атомно-силовой микроскопии позволяет визуализировать такие процессы, как реакция гемагглютинации и взаимодействие фагов с бактериальными клетками. Кроме того, данный подход с использованием антител позволяет специфически визуализировать нанофрагменты бактерий.

Экспресс-диагностика

Общие принципы экспресс-диагностики состояний инфекции и иммунитета

Современная иммунология исключительно многолика, а сферы применения иммунологических знаний и методов беспредельно разнообразны. Они используются практически во всех разделах биологии, ветеринарии и медицины – от фундаментальных молекулярно-биологических исследовании до медико-генетического консультирования и множества других сугубо практических процедур, осуществляемых растениеводами, животноводами и медиками.

И, тем не менее, особенно важным в социальном отношении и методически наиболее передовым продолжает быть тот старейший и неуклонно развивающейся раздел иммунологии, успехами которого обеспечивается развитие теории и осуществление прак­тики противоэпидемической работы–диагностики, профилактики и лечения инфекционных заболеваний. А методы иммунологической экспресс-диагностики имеют ключевое значение для эффективного решения названных проблем и осуществления всех соответствующих противоэпидемических мероприятий. Следующие ниже материалы и посвящены именно этому разделу прикладной иммунологии, его состоянию и перспективам развития.

Основные объективные требования к экспрессным методам диагностики инфекционных заболеваний сводятся к следующему:

1) получение результатов анализа в максимально короткие сроки (часы, идеально – минуты);

2) возможность проведения и завершения анализа без выделе­ния искомого микроорганизма в чистой культуре, при использо­вании только нативного материала, в крайнем случае с привлечением элективных биосред для быстрого накопления возбуди­телей;

3) бесспорно высокая специфичность и высокая чувствитель­ность, как предпосылки надлежащей достоверности анализа;

4) высокая производительность, простота, доступность и воспроизводимость анализов. Эти требования в равной мере приложимы и к методам экспрессной диагностики состояний иммуни­тета.

Предпочтительность использования того или иного из суще­ствующих методов экспресс-диагностики зависит от многих кон­кретных условий. Однако наиболее желательным является парал­лельное использование 2–3 методов. Такой подход значительно увеличивает надежность получаемого результата.

На ближайшие годы наибо­лее перспективными следующие направления развития экспресс-индикации микроорганизмов.

1. Энзимоиндикационное направление , связанное с экспресс-индика­цией биохимических свойств и определением ферментатив­ного спектра микробов.

По-прежнему сохранят свою значимость исследования по разработке политропных (полисубстратных) питатель­ных сред. В нашей стране были разработаны оригинальные политропные среды и их комбинации, кото­рые с успехом применяются в лабораторной практике.

При создании сложных поликомпонентных питательных систем необходимо исходить из различных биохимических и энергетических потребностей микроорганизмов. Для лучшего проявления жизнедеятельности и биохимической активности патогенных и других микробов в средах необходимо создавать оптимальные условия для их роста и размножения и одновременно вводить ферментируемые субстраты (углеводы, многоатомные спирты, аминокислоты и др.) с наиболее чувствительными индикаторами, которые быстро бы регистрировали их ферментацию. В результате применения оптимальных полисубстратных сред производится выделение и накопление чистой культуры микробов с одновременным определением их биохимических признаков.

Перспективным следует рассматривать развитие энзимоиндикационных методов, в которых субстрат с индикатором отделен от питательной среды и фиксирован на специальном носителе. В нашей стране разработаны углеводно-бумажные диски с защитной пленкой (бумажные реагенты для определения дезаминаз у микробов) и их аналоги БИС (бумажно-индикаторные системы), углеводно-бумажные поплавки, углеводно-полимерные пленки. Все эти препараты являются весьма перспективными, они поз­воляют в течение кратчайшего срока (3–5 ч), используя общепринятые питательные среды и лабораторную посуду, определять ферментативную активность различных видов микроорганизмов.

Автономный препарат – карандаш-фермент, не имею­щий аналогов ни у нас, ни за рубежом, позволяет без при­менения питательных сред непосредственно на предметном стекле определять биохимические свойства микробов.

Полисубстратная тест-система и энзимоиндикаторная лента используются для одновременной идентификации 20 биохимических признаков у микробов. Это новые виды простых «долгоживущих» препаратов, предназначенных для быстрого и экономичного определения биохимических свойств микробов.

Электрофизический метод определения ферментатив­ной активности микробов включает посев микробной культуры на жидкие питательные среды, содержащие пептонную воду, различные углеводы, многоатомные спирты, аминокислоты с последующим ферментативным расщепле­нием исследуемых веществ и образованием различных ио­низированных продуктов распада, обнаруживаемых спе­циальной электронной аппаратурой. Результаты энзимо­индикации регистрируются через 45–60 мин. с момента посева материала. Метод позволяет обнаружить и иденти­фицировать конечные продукты распада, то есть конечные мотаболиты с определением их биохимической и химичес­кой природы. Безусловно, электрофизический метод заслу­живает пристального внимания и нуждается в дальнейшем изучении и доработке.

2. Иммунологическое направление, связанное с быстрым определением как отдельных специфических детерминант, так и с индикацией целых антигенных групп и комплексов, характеризующих роды, виды и серовары бактерий. К соб­ственно иммунологическому направлению мы относим классические иммунологические методы, основанные на использовании естественных реагентов. Реакции преципи­тации в жидкости по Асколи и в геле по Оухтерлоню и Манчини (особенно их микроварианты) сохраняют свое значение как методы экспресс-индикации патогенных микробов и выявления их антигенов в различных материа­лах.

Перспективными являются рапид-системы для одновре­менной и быстрой индикации различных видов микроорга­низмов в реакциях микроагглютинации, хотя по-прежнему не решены вопросы создания оптимальных видов и наибо­лее экономичных форм таких систем. Иммунологические принципы распознавания антигенов являются весьма тон­кими, специфическими, чувствительными, с большими ин­дикационно-диагностическими возможностями. Комплексирование иммунологических принципов с физическими, хи­мическими и некоторыми другими принципами способство­вало дифференциации иммунологического направления на ряд самостоятельных направлений, которые приводятся ниже.

3. Иммунофизическое направление , использующее раз­личные по природе, форме и величине виды мелкодисперсных носителей (сорбентов) антигенов и антител, способствующих повышению чувствительности комплексных иммунологических методов.

Реакции пассивной гемагглютинации и их модифи­кации связаны с использованием эритроцитарных диагно­стических препаратов. Эритроцитарную диагностику с успехом применяются для ускоренного обнаружения и идентификации как патогенных, так и условно-патоген­ных микроорганизмов (например, возбудителей туляремии, бруцеллеза, сальмонеллеза и др.) в различных патоло­гических материалах, получаемых от больных, и в объек­тах внешней среды. Реакции с эритроцитарными диагностикумами являются весьма чувствительными, и в этом отношении часто превосходят другие серологические реак­ции. Они введены в официальные инструкции по экспресс-индикации бактериальных агентов в элементах внешней среды и в материалах, полученных от пораженных людей и животных.

Одновременно продолжаются поиски новых носителей антигенов и антител, которые были бы безантигенными, стабильными, не разрушающимися при длительном хране­нии, а применяемые реакции – простыми по технике по­становки (например, стекольные тесты) и исследования с их помощью – экономичными.

Совершенствуются реакции с применением цветных целлюлозных частиц в качестве носителей антигенов и ан­тител. Положительными свойствами такого рода пре­паратов являются: 1) отсутствие собственной антигенности; 2) стабильность при длительном хранении; 3) демонстративность и простота техники постановки реакции, обычно на предметном стекле; 4) высокая скорость про­хождения реакции; 5) экономичность.

Кроме того, полезным и оправданным считаем поиск новых носителей антигенов и антител. В этом отношении перспективными являются ионообменные смолы, латексы, целлюлоза и ее производные и ряд других веществ, кото­рые могут способствовать повышению чувствительности серологических реакций.

4. Иммунохимическое направление, связанное с использованием разнообразных комплексных соединений специ­фических антител или антигенов с химическими вещества­ми. Присоединенные химические вещества придают им но­вые феноменологические способности и свойства, тем са­мым, расширяя возможности экспресс-индикации микроб­ных агентов в частности и лабораторного анализа вообще.

Большую популярность и практическую значимость приобрели методы быстрого иммунофлуоресцентного ана­лиза (прямой, непрямой, антикомплементарный), которые ныне официально используются как методы экспрессной индикации и быстрого определения микроорганизмов.

Дальнейшее развитие весьма перспективного иммунохимического направления во многом зависит от химиков, которые должны разработать достаточно яркие новые красители, вступающие в соединения со специфическими антителами и антигенами. В результате могут быть полу­чены препараты с новыми феноменологическими свойства­ми, позволяющими проводить экспресс-индикацию микроб­ных культур и отдельных клеток с помощью широко рас­пространенных микроскопических устройств (типа МБИ различных марок).

5. Иммуноферментное направление, интенсивно разви­вающееся в последние годы. Разработаны прямой, непря­мой, антикомплементарный и другие методы быстрого об­наружения микробов путем использования иммуноэнзимологического принципа; предложены новые виды фермен­тов, а также разнообразные виды хромогенных субстратов. Данное направление является весьма перспективным, раз­витие его может привести в ближайшие годы к появлению новых методов экспресс-индикации микроорганизмов.

6. Иммуноэлектрофоретическое направление успешно развивается с конца 50-х годов. Разработаны многочис­ленные методы иммуноэлектрофореза. Однако для целей экспресс-индикации микробов чаще прибегают к встречно­му иммуноэлектрофорезу. Применение новых химических красителей, ферментной или радиоактивной метки позво­лит резко повысить чувствительность метода иммуноэлектропреципитации.

7. Иммунорадиологическое направление связано с ис­пользованием разнообразных конъюгатов специфических антител или антигенов, соединенных с радиоактивными ве­ществами, которые придают им новые феноменологические свойства и способности, расширяя возможности экспресс-индикационного метода. Весьма перспективно дальнейшее развитие иммунорадиологического направления, так как оно несомненно приведет к созданию новых, простых ме­тодов экспресс-индикации микроорганизмов.

8. Микроцитологическое направлениебыстрого цитоморфологического анализа связано с использованием светлопольной, фазово-контрастной или люминесцентной ми­кроскопии бактериологических мазковых препаратов, обра­ботанных и окрашенных красителями, позволяющими бы­стро идентифицировать микроорганизмы по их морфоло­гии и специфическим структурным элементам микробной клетки. Исследованию подвергают как нативный (гной, мокрота, моча, СМЖ, различные экссудаты и др.), так и обогащенный (например, центрифугированием, фильтрова­нием и другими методами) патологический материал.

9. Бактериологическое направление связано с ускорен­ным выделением и накоплением бактериальных популяций патогенных, условно-патогенных и санитарно-показательных микроорганизмов. Оно основано на использовании оп­тимальных ростовых питательных сред, содержащих необ­ходимые биостимуляторы, для ускоренного получения бак­териальной культуры и частичной их идентификации по совокупности культуральных признаков.

10. Фагодиагностическое направление , которое преду­сматривает, с одной стороны, идентификацию микробов с помощью специфических индикаторных бактериофагов, а с другой,– обнаружение и индикацию специфических фагов в патологическом и другом материалах с помощью инди­каторных микробных культур.

Ускоренная фагодиагностика в ряде случаев является необходимым и полезным методом, позволяющим значительно сократить сроки исследований и установить природу возбудителя даже в тех случаях, когда другими методами, в виду его изменчивости или загрязненности материала, он остается нераспознанным.

11. Биологическое направление, связанное с изучением токсических и агрессивных свойств патогенных микроорганизмов. Биологические методы осуществляются на одноклеточных организмах, на культурах клеток, куриных эм­брионах, а также на здоровых, а еще лучше специально подготовленных лабораторных животных. Эти методы более трудоемкие и менее точные по сравнению с другими.

12. Физико-химическое направление. Это направление связано с использованием сравнительно быстрых, но в то же время и достаточно сложных по аппаратурному оформлению методов. Сюда входят методы изучения бактериальных популяций и их экстрактов с помощью хроматографии (газожидкостная и др.), спектроскопии (инфракрасной, ультрафиолетовой и др.), резистографии в отношении раз­личных антибиотических, химических и лекарственных веществ, а также методы температурной и кислотной агрегации, коагуляции микробных суспензий и их токсинов.

13. Рецепторное и генетическое направления быстрой индикации патогенных и санитарно-показательных микроорганизмов. Методы, основанные на этих принципах, только начинают развиваться. Так, с помощью целлюлозно-глобулинового или эритроцитарно-глобулинового диагностикумов быстро обнаруживают патогенный стафилококк, содержащий белок А, а путем гомологии неизвестных нуклеиновых кислот с известными нуклеиновыми кислотами устанавливают вид патогена.

14. Комплексное направление ускоренной идентифика­ции патогенных и санитарно-показательных микроорганиз­мов, использующее методы экспресс-индикации, основанные на интеграции различных принципов, связано с разра­боткой и созданием индикаторных тест-систем, позволяющих в течение короткого срока и с минимальными затратами на анализ определить комплекс основных признаков патогена или санитарно-показательного представителя, достаточных для его идентификации до рода, вида и даже типа.

15. Направления, связанные с разработкой новых прин­ципов микробиологического анализа. Вполне вероятно, и мы вправе ожидать в ближайшие 5–10 лет появления но­вых идей, подходов и принципов в микробиологической нау­ке и смежных с ней областях. Открытие новых видов рецепторной, иммунологической и генетической специфично­сти у микробов позволит создать новые и возможно более совершенные методы быстрой идентификации микроорга­низмов.

Основные пути развития экспресс-индикации микро­организмов на ближайшие годы:

1) создание и конструирование новых препаратов, спо­собствующих ускорению и удешевлению исследований, по­вышению эффективности лабораторной диагностики ин­фекций и индикации патогенных и других микроорганиз­мов. На этом пути предстоит сделать очень многое, по­скольку общепринятые диагностические препараты в зна­чительной степени исчерпали свои потенциальные возмож­ности;

2) разработка новых более чувствительных, простых методов лабораторного анализа.

3) разработка комплексных методов и видов исследо­ваний. Будет продолжаться дальнейшая интеграция мето­дов и видов исследований, имеющих разные принципы дей­ствия, лежащие в их основе;

4) создание новых схем исследований. Поскольку ла­бораторная диагностика инфекционных болезней, а также экспресс-индикация, хотя и в меньшей степени, связаны с изучением комплекса различных свойств и особенностей микроорганизмов с использованием обычно разнообразных методов и приемов, основанных на различных принципах, то создание новых схем исследований с применением но­вых методов является объективной реальностью и важной задачей, вытекающей из существа самого процесса разви­тия микробиологического анализа;

5) разработка и создание новых методов регистрации и учета результатов экспресс-индикационных и лаборатор­ных исследований.

6) разработка новой микроминиатюрной лабораторной посуды, аппаратуры и приборов для исследований;

7) автоматизация и компьютеризация исследований.

В современных условиях эти вопросы должны решаться комплексно.

Таким образом, рассмотренные основные направления и пути развития экспресс-индикации микроорганизмов в период современного научно-технического прогресса есте­ственных наук безусловно получат дальнейшее ускоренное развитие, а микробиологическая лабораторная практика обогатится новыми быстрыми методами индикации микро­бов.

Контрольные вопросы. 1. На каких принципах основаныклассические методы индикации, изучения и идентификации микроорганизмов? 2. В чем сущность и основные принципы идентификации микроорганизмов? 3. Какие группы физических, химических и биологических методов используются для идентификации микроорганизмов? 4. Перечислите автоматические системы идентификации микроорганизмов. 5. Раскройте сущность метода ИФА. 6. В чем сущность метода ПЦР? Назовите два основных метода ПЦР. 7. Изложите принцип и методику метода «Масс – спектрометрия». В чем преимущества этого метода? 8. Изложите принцип и методику метода ИХА. 9. Дайте определение и назовите бионанотехнологические методы. 10. В чем сущность электрооптического метода идентификации микроорганизмов? 11. В чем сущность сканирующей зондовой микроскопии? 12. Изложите особенности АСМ.13. в чем сущность бесконтактного метода идентификации микроорганизмов? 14. Перечислите основные принципы экспресс – диагностики. 15. Изложите сущность основных научных направлений экспресс – диагностики: энзимоиндикационного, иммунологического, иммуно-физического, -химического, – ферментативного, – электрофоретического, – радиологического, бактериологического, фагодиагностического, биологического, физико-химического, рецепторного и генетического, комплексного. 16. Приведите примеры современного использования методов экспресс – диагностики в медицине и ветеринарии.

Мы поможем в написании ваших работ!