Дифференцировка клеток (диморфный тип деления)
У почкующихся бактерий: p. Hyphomicrobium , p. Caulobacter
Диморфный клеточный цикл:
- у бактерий p. Hyphomicrobium: Материнская клетка дает начало почке – дочерней клетке . Хромосома проходит через гифу.
- у бактерий p. Caulobacter, водные стебельковые бактерии. Бактерия – мать может дать начало 4 дочерним клеткам. Деление происходит с образованием двух различных клеток:
1. свободноживущей клетки (дочь или швермерная клетка)
2. стебельковой клетки (прикрепляется к поверхности.
Споруляция – особая форма дифференцировки клеток, можно отнести к диморфному клеточному циклу.
Начинается с ассиметричного деления клетки и образования 2-х компартментов:
- предспоры (развивается в эндоспору)
- материнской клетки (после формирования споры лизируется, высвобождая эндоспору).
Bacillus anthracis в центре спорообразующие клетки; Образование споры Bacillus subtilis
Вопрос 49. Способы выращивания бактерий
Способы культивирования: 1)стационарный,2)глубинный с аерацией,3)с использованием проточных питательных сред
1)питат.среды сохраняются постоянными, дополнительных манипуляций с ними не проводят.Однако при таком способе культ-ния в ЖПС,где преобладают анаэробные энергетические процессы,выход биомассы незначителен.Поэтому разработаны новые методы,где выход биомассы или биол.активных соединений (АБ,витамины,АК) намного больше.
2)применяют спец.устройства-реакторы.Они представляют собой герметические котлы (приспособленные автоклавы),в которые заливается ЖПС.Реакторы снабжены автоматическими приспособлениями,позволяющими поддерживать постоянную температуру,оптим рН,дозированное поступление необходимых дополнит-х в-в.Но главная их особенность-они постоянно продуваются стерильным воздухом и в них установлены мешалки,с помощью которых среда постоянно перемешивается.Поэтому во всей питат-й среде создается такая концентрация свободного О2 ,при которой энергетическиепроцессы происходят в аэробных условиях,т.е. достигается максимальное использование энергии,заключенной в глюкозе, а след-но и максимальный выход биомассы.
|
|
|
3)позволяет создать такие условия,при которых клетки имеют возможность длительное время находиться в определенной фазе роста (экспоненциальной) при постоянной конц.питат.в-в и в одних и тех же условиях,обеспечивающих непрерывный рост культуры.Методы получения непрерывных культур основаны на том,что в аппарат,где растут клетки,непрерывно добавляют свежую питат.среду и одновоеменно из него удаляют соотвествующее кол-во бактерий. Различают хемостаты(аппарат,в кот.постоянно добавляется свежая питат.среда;с помощью механического перемешивания и аэрации создаются оптим.условия для снабжения бактерий О2 и питат.в-ми,по мере из поступления часть бактерий удаляется) и турбидостаты (принцип работы основан на поддержании постоянной плотности (мутности) бакт.популяции в аппарате).
|
|
|
Т.о.в соотвествии со способами культивирования различают периодические(при стац.и глубинном методах культ-ния) и непрерывные(при проточном)культуры микроорганизмов.Кр.того,при опред-х условиях получают синхронные культуры(клетки делятся одновременно)(используют для изучения стадий клет.цикла и роли отдельных генов в их осуществлении).
Питательные среды.М.б. жидкими(на основе водных растворов каких-либо в-в-мясной воды,гидролизатов,молока,крови),плотными(к ним добавляют агар(1,5-3%)-полисахарид из морских водорослей, желатин), полужидкими(агар0,3-0,7%).
По происхождению среды: естественные (кровяные,молочные,яичные) и искусственные (сбалансированные смеси питат.в-в).
Питат.среды должны отвечать требованиям:1)содержать в достаточном кол-ве все необходимые питат.в-ва(источники энергии,С,N),соли и ростовые факторв.2)оптим.для роста данного вида рН.3)достаточная влажность.4)прозрачные по возможности.5)стерильные.
По назначению питат.среды подразделяют: 1)универсальные-среды,на кот.хорошо растутмногие виды петогенных и непатогенных бактерий(мясо-пептонный бульон=мясная вода+1%пептон+0,5%NaCl, мясо-пептонный агар=МПБ+2-3%агар).2)дифференциально-диагностические- позволяют отличать одни виды бактерий от других по их ферементативной активности или культур-м проявлениям(среды ЭНДО,Левина,Плоскирева) 3)Селективные-среды,содержащие в-ва,используемые микроорганизмами определенных видов и не благопрепятствующие/препятствующие росту других(среды .Мюллера,селенитовая,1%пептонная вода) 4)дифференциально-селективные-сочетают в себе свойства 2)и3).Используются для ускорения обнаружения и идентификации бактерий,относящихся к большому числу широко распр-ных видов энтеробактерий и псевдомонад (среды Сиволодского).5)специальные-среды, спец. приготовленные для получения роста тех бактерий,кот.не растут_плохо растут на универ-х питат.средах(кровяной МПА-для получения роста патогенных стрептококков).6)ситетические-среды строго определенного хим.состава,представляющие собой р-ры нерганич-х солей с добавлением хим.соединений,кот.служат источником С или N (минимальная среда М-9),также могут включать АК,витамины. 7)полусинтетические-синтетические,к кот.добавляют продукт природного происхождения(сыворотку крови).
|
|
|
Вопрос 50. Покоящиеся формы бактерий, эндоспоры
|
|
|
ПФБ-латентная форма существования бактерий,характеризуется снижением метаболической активности.Характерные морф.свойства покоящихся клеток:Электр-микроскопия: 1)повышенная электр.плотность цитоплазмы, 2)отсутствует зона нуклеоида, 3)компактная упаковка рибосом(контуры неразличимы).Световая микроскопия: 1)уменьшение размеров клетки, 2)повышение коэффициента рефрактерности (преломления)-луч не проходит,клетка очень плотная.Покоящиеся клетки-клетки,у которых уходит вода. Некоторые роды бактерий при неблагоприятных для их существования условиях образуют защитные формы-эндоспоры. Является прерогативой ГР+ бактерий(6 родов образуют споры,главные в медицине:Bacillus,Clostridium,Streptomyces). Споры-своеобразные покоящиеся клетки.У них низкая меаболическая активность,но они обладают высокой устойчивостью к высушиванию, действию t,хим.в-в.Высокую резистентность спор связывают с присутствием в оболочке большого кол-ва кальциевой соли дипиколиновой кислоты.
Стадии образования эндоспор:в обычных условиях (оптимальных)клетка размножается путем бинарного деления.Но при исчерпании питательного субстрата,либо при высокой плотности клеток-образ-ся спорулирующаяся септа(диморфное деление).1)образование спорулирующей септы,2)появление 2-х компартментов:меньшего размера-будущая спора и большего размера-материнская клетка,3)образование протопласта предспоры,покрытой 2-мембранной зародышевой клеточной стенкой,4)образование кортекса(между мембранами откладывается пептидогликан(ПГ),5)сборка белковых покровов споры(вокруг внешней мембраны-слои споровой оболочки и экзоспорум),6)созревание споры(приобретение устойчивости и способности к прорастанию),7)лизис материнской клетки и освобождение споры.
Строение споры:сердцевина обезвожена и окружена мембраной и тонким слоем пептидогликана, включает:дипиколиновую кислоту,ионы Са,низкомолекулярные белки.Кортекс-толстый слой ПГ,отделен мембранами(наружной и внутренней).Покровы споры образованы белками.Экзоспорий-липопротеиновая оболочка,содердит немного углеводов.
Функции спор:1)сохранение генетического материала, 2)устойчивость к негативным воздействиям (низкая и высокая tº,УФ,частично ионизирующая радиация). Одна из гипотез жизни на Земле-бактерии прилетели в виде эндоспор на Землю,преодолев космические преграды.
Оптимальные условия прорастания эндоспор:Бейеринк определил эти условия-снятие внутреннего и внешнего покоя,прогревание для снятия внутреннего покоя.Для активации спор-АК(аланин),сахара(глю,фруктоза),ионы К,механич-е воздействия. Прорастание споры происходит после получения соответствующего хим.сигнала.Различные виды спорообразующих бактерий располагают рецепторами,распознающими наличие в среде источников энергии,L-аланина,аденозина и др.Связывание с такими эффекторами активирует содаржащийся в споре автолизин(лизоцим),который быстро разрушает пептидогликан кортекса,вода поступает в спору,спора высвобождвется от дипиколината кальция,под воздействием гидролитических ферментов разрушаются другие ее компоненты.Этапы прорастания:1)нарушение оболочек спор,2)репарация ДНК,3)репликация ДНК,4)образование новой клетки.
Вопрос 51. Регуляция образования покоящихся форм бактерий. Процесс спорообразования контролируется более чем 40 оперонами,кот.представляют собой как бы дополнительный геном у спорообразующих бактерий.В составе генома более 60 генов.
Инициация споруляции связана с геном spoO,мутации в котором делают невозможным образование споры с самых начальных стадий. Транскрипция гена spoO запускает последовательную транскпипцию всех оперонов спорового генома. Спорообразующие бактерии обладают механизмами,с помощью которых они распознают изменения в окруж.среде (уменьш.некоторых АК,источников энергии).В ответ на это в клетке происходят метаболические нарушения,кот.и запускают споруляцию.Эти изменения приводят прежде всего к изменению субъединичного состава РНК-полимераз.Индукция транскрипции спорового генома приводит к синтезу особых δ-единиц РНК-полимераз,которые и обеспечиваю распознавание промоторов генов,контролирующих споруляцию. Одна из особенностей споруляции-на определенном этапе происходит синтез небольших кислоторастворимых белков.В спорах они связываются с ДНК, обеспечивая устойчивость их к УФ.В момент прорастания споры эти белки гидролизуются и тем самым обеспечивая прорастающую спору необходимыми АК.
Стадии образования эндоспор:в обычных условиях (оптимальных) клетка размножается путем бинарного деления.Но при исчерпании питательного субстрата,либо при высокой плотности клеток-образуется спорулирующаяся септа(диморфное деление).1)образование спорулирующей септы,2)появление 2-х компартментов:меньшего размера-будущая спора и большего размера-материнская клетка,3)образование протопласта предспоры,покрытой 2-мембранной зародышевой клеточной стенкой,4)образование кортекса(между мембранами откладывается пептидогликан(ПГ),5)сборка белковых покровов споры(вокруг внешней мембраны-слои споровой оболочки и экзоспорум),6)созревание споры(приобретение устойчивости и способности к прорастанию),7)лизис материнской клетки и освобождение споры.
Вопрос 52. Эндоспоры.
Образование эндоспор. Дифференцировка приводит к образованию клеток с различными функциями. Формируется особый тип клеток - покоящиеся формы (споры) – устойчивы к неблагоприятным воздействиям.
Споры образуют в основном Гр(+) бактерии: 6 родов: Bacillus, Clostridium, Streptomyces и др.
Недавно описали новую Гр(-) спорообразующую бактерию р. Sporomasa (имеет форму банана)
Стадии образования спор на примере B. Subtilis:
В оптимальных условиях роста клетки B. subtilis размножаются путем бинарного деления, при котором образуется септа (перегородка) в центре материнской клетки.
При исчерпании питательного субстрата и высокой плотности популяции появляется первый признак споруляции – ассиметрично расположенная перегородка (спорулирующая септа) – наступает 1-я стадия образования спор.
После формирования септы начинается 2-я стадия:клетка делится септой на 2 части:
1 – большой клеточный компартмент - развивается материнская клетка
2-й - меньший компартмент – будущая спора.
Мембраны материнской клетки окружают меньший компартмент, формируя двойную мембрану вокруг предспоры.
3 стадия - образуется протопласт предспоры, покрытый 2-х мембранной структурой (зародышевой клеточной стенкой).
4 стадия- между двумя мембранами откладывается пептидогликан – происходит образование кортекса споры.
5 стадия – сборка белковых покровов споры.
6-я(стадия созревания) - спора становится устойчивой к действию физико-химических факторов и приобретает свойства покоящейся формы, а также в будущем способность к прорастанию.
На последней 7-й стадии происходит лизис материнской клетки с освобождением споры – обезвоженной покоящейся формы клетки, сильно преломляющей свет.
Строение эндоспор. В сердцевине: дипиколиновая кислота, ионы Са2+ (цементируют сердцевину споры), низкомолекулярные белки (связываются с молекулой ДНК, придавая ей стабильность).Сердцевина обезвожена и окружена мембранами (активной функции не выполняют), затем слой муреина – кортекс (в дальнейшем послужит основой клеточной стенки), все окружает эндоспориум (вещества различной химической природы)
Схема строения споры1 — эндоспориум; 2 — слои споровой оболочки; 3 — внешняя мембрана споры; 4 — кора (кортекс- пептидогликан); 5 — внутренняя мембрана споры; 6 — сердцевина.
Функции эндоспор. Бактерии в состоянии споры способны выдерживать стресс, при этом сохраняя жизнеспособность
Бактериальная спора практически лишена воды, поэтому, находясь в состоянии покоя, устойчива к различным воздействиям: химические вещества, температура (низкая и высокая), частично УФ-излучение. споры термофильной бактерии Thermoactinomyces пролежали 110 лет в илах, воде и т.д.
Споры Bacillus circulaus пролежали 350 000 000 лет в отложениях соленых высохших озер.
Прорастание эндоспорДля прорастания спор нужно снять внутренний и внешний покой (напр. нагреванием - чтобы рецепторы споры восприняли сигнал). Для Bacillussubtilis сигналом служит аминокислота –аланин, при ее добавлении в среду споры начинают прорастать. Для других бактерий сигналы: глюкоза, фруктоза, ионы К+. Механическая стимуляция прорастания спор вызывает: нарушение структуры оболочек, инициацию репарации ДНК, репликацию ДНК.
В результате из споры может образоваться новая бактериальная клетка.
Вопрос 53. Система quorum-sensing (QS). Система QS проявляется в условиях повышенной плотности бактерий. Бактерии выделяют, когда концентрация популяция достигает некоторой критической величины, за которой следует либо лизис культуры в жидкости, либо прикрепление к твердой поверхности с образованием биопленки. Физиологич. функции бактерий изменяются в результате продукции клетками внеклеточных сигнальных молекул относящихся к классам хинолов, лактонов и пептидов. Сигнальные молекулы реагируют с рецептором сенсорного белка, изменяют его конформацию, и проводит сигнал к другому компоненту QS-системы – белку-регулятору ответа. Определяющим в основе функции всех регуляторных QS-систем является возрастание концентрации секретируемого аутоиндуктора в зависимости от увеличения плотности клеточной культуры.
QS-системы контролирует гены, определяющие синтез факторов вирулентности, протеолитических систем, антибиотиков. Образование биопленок является основной стратегией выживания бактерий в окружающей среде, поскольку именно в составе биопленки они защищены от таких антибактериальных воздействий, как антибиотики, бактериофаги, фагоциты.
Биопленки – это высокоорганизованные микробные сообщества, живущие в липополисахаридном "многоквартирном доме" на твердой поверхности. Микробные "квартиры" связаны каналами водоснабжения для распределения питательных веществ и канализации для удаления отходов жизнедеятельности, а "скелет" дома служит защитной крепостью. Выполнение общественных функций существенно повышает способность к выживанию.
QS система осуществляет коммуникацию бактерий – передача информации между клетками популяции. QS координирует экспрессию генов во всем сообществе. Играет ключевую роль в регуляции различных процессов (взаимодействия с высшими организмами, животными, растениями, биосинтез экзоферментов, антибиотиков, токсинов, конъюгацию и др.).
В биопленке могут быть грамотрицательные и грамположительные МО, простейшие. Социальным поведением регулируется репликация,переход из некультивированного состояния в культивированное, ряд других процессов, которые требуют выживания бактерий в неблагоприятных условиях. Эволюционно это один из наиболее древних механизмов, способствующих выживанию в стрессовых условиях внешней среде. А встреча в нашем организме с факторами иммунной защиты – как раз стрессовая ситуация, к которой бактерии научились адаптироваться. Иммунитет сыграл селективную роль, способствуя отбору бактерий, способных ему противостоять.
Вопрос 54. Гетерогенность микробных популяций.
Критериями, позволяющими отнести бактерии к той или иной таксономической группе, являются:
-морфология микробных клеток (кокки, палочки, извитые);
- отношение к окраске по Граму (грамположительные и грамотрицательные бактерии);
- отношение к кислороду (аэробы, факультативные анаэробы, облигатные анаэробы);
- способность к образованию капсул и спор.
Вид -это эволюционно сложившаяся совокупность особей, имеющих единый генотип, который в стандартных условиях проявляется сходными морфологическими, физиологическими и биохимическими признаками.
Штамм- это совокупность бактерий одного вида, выделенных из разных источников или из одного источника в разное время. Штаммы могут различаться по некоторым признакам, не выходящим за пределы характеристики вида.
Бактериальная культура -это визуально определяемая на питательных средах совокупность бактерий. Культуры могут быть чистыми (совокупность бактерий одного вида (рода или штамма) и смешанными (совокупность бактерий двух или более видов (родов или штаммов).
Популяция МО характеризуется: 1) фенотипической гетерогенностью составляющих ее клеток как основой для дифференциации клеток по социальным ролям; 2)наличием внутри популяции в той или иной мере обособленных микроколоний; 3) целостностью популяции в процессе развития, наличием у нее интегральных свойств, отсутствующих у индивидуальных клеток; 4) способностью популяции влиять на характеристики окружающей среды при достаточной плотности клеток в ней. Такая гетерогенность присуща практически всем формам микробных популяций, будь то взвеси, в толще жидкой питательной среды, поверхностные пленки на границе жидкость - воздух, компактные колонии на твердой питательной среде. В колонии, выросшей на твердом субстрате, различаются по своим характеристикам нижняя и верхняя сторона, центр и периферия. Одним из экологически важных типов клеточной гетерогенности в популяциях служит формирование локально обособленных зон – микроколоний. Многие исследователи отмечают наличие в популяциях системы воздухоносных микрополостей, часто пересеченных “балками” из клеточных тяжей. В этом случае микроколонии хорошо различимы под микроскопом как частично изолированные друг от друга очаги сгущения. Микроколонии, сформированные слизистым матриксом и разделенные открытыми (часто заполняемыми жидкостью) каналами, характерны также и для внутренней структуры биопленок. В природных условиях, где разные виды микроорганизмов сосуществуют друг с другом, каждый вид стремится сформировать свою обособленную микроколонию в рамках большей по размеру многовидовой популяции. Пример: метанообразующие ассоциации. Отдельные слагающие ее микробные виды (метаногенные архебактерии, клостридии) кооперируют между собой в процессе ферментации субстрата и тем не менее стремятся сформировать обособленные микроколонии внутри суперорганизма. Гетерогенность популяции цианобактерий состоит в том, что она содержат как гетероцисты, так и вегетативные клетки. В колониях многих бактерий добавление красителей (метиленовая синь) позволяет различать клетки, которые хорошо прокрашиваются и, напротив, остаются бесцветными.
Выделяют три основных диссоцианта, различающихся по морфологии колоний: R (rough) – шероховатые колонии, S (smooth) – гладкие колонии, M (mucoid) – слизистые колонии . Процесс колонизации. – прикрепление, колонизация, рост.
Вопрос 55. Особенности организации микробных сообществ (хз о чем вопрос,так что речь пойдет о биопленках, т.к. ОВ любит про биопленки слушать)
Состав биополимерного межклеточного матрикса:
Полисахариды микроорганизма,
гликозилфосфатсодержащие биополимеры типа тейхоевых кислот,
гликопротеины,
полиглутаминовая кислота (например, у бацилл)
фибриллярные элементы
сиаловые кислоты
В настоящее время признано, что большинство микроорганизмов в естественных и искусственно созданных окружающих средах существует в виде структурированных, прикрепленных к поверхности сообществ – биопленок. Биопленка - микробное сообщество, характеризующееся клетками, которые прикреплены к поверхности или друг к другу, заключены в матрикс синтезированных ими внеклеточных полимерных веществ
Дата добавления: 2018-04-04; просмотров: 406; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!