Изменчивость в микробных популяциях

Экология микроорганизмов - наука о взаимоотношениях микробов друг с другом и с окружающей средой. В медицинской микробиологии объектом изучения служит комплекс взаимоотношений микроорганизмов с человеком.
ПОПУЛЯЦИЯ – совокупность особей одного вида, обитающих в пределах определенного биотопа.
БИОТОП – территориально ограниченный участок биосферы с относительно однородными условиями жизни.
МИКРОБИОЦЕНОЗ – сообщество популяций микроорганизмов, обитающих в определенном биотопе.

ТИПЫ ВЗАИМООТНОШЕНИЙ МИКРОБОВ В БИОЦЕНОЗАХ
СИМБИОЗ
АНТАГОНИЗМ
НЕЙТРАЛИЗМ

Симбиоз (греч. Simbiosis- жизнь вместе) – совместное существование различных организмов.
Типы таких взаимоотношений различны. Они зависят от степени близости симбионтов:
- эктосимбиоз (сохранение внешнего положения каждого из членов сообщества)
- эндосимбиоз (один из сочленов развивается внутри другого)
От взаимозависимости партнеров:
-факультативный симбиоз
-облигатный

Типы симбиоза:
1. Взаимоотношения микроорганизмов, при котором, симбионты получают взаимную выгоду и тем самым стимулируют и поддерживают друг друга называется мутуализмом.
В такой симбиотической системе наблюдается разделение функций при котором взаимный обмен продуктами становится неизбежным и обязательным.

В симбиотические взаимоотношения по мутуалистическому пути вступают микроорганизмы продуцирующие органические кислоты, например лактобактерии, и тем самым смещающие рН среды в кислую сторону и создающие благоприятные условия для роста дрожжей рода Candida, которые в свою очередь обогащают среду обитания бактерий аминокислотами и витаминами, что очень ценно для молочнокислых бактерий

2. Комменсализм – форма симбиоза, при которой один организм извлекает пользу для себя , но не приносит вреда другим членам сообщества (ассоциации нормофлоры)

3. Синергизм (взаимопомощь) – усиление физиологических функций симбионтов. Например, совместное выращивание дрожжей и молочно-кислых бактерий сопровождается активацией процессов молочно-кислого брожения

4. саттелизм – (саттелит – спутник) – форма взаимоотношений, при которой разные виды сосуществуют в одном биотопе, сопровождают друг друга, при этом развитие одного из спутников стимулируется продуктами метаболизма другого.
Например, при раневых инфекциях между аэробами и анаэробами.

На этом основано использование сарцин, стафилококков, дрожжей и др. в качестве стимуляторов роста бактерий чумы, бруцелл, лептоспир и др. (метод кормилок).

5. метабиоз – последовательная смена видов в одном и том же биотопе, когда один организм использует продукты жизнедеятельности другого.
Процесс круговорота веществ

Антагонистические взаимоотношения
Наибольшее число микробов-антагонистов находятся в почве, воде, в организме теплокровных.
1. антибиоз
2. конкуренция
3. хищничество
4. паразитизм

колонии бактерий вида Paenibacillus dendritiformis
Антибиоз – способность одного вида выделять токсические вещества , угнетающие жизнедеятельность других видов.
Антибиотики
Бактериоцины (внутри одного вида)

Конкуренция
Форма межвидовых отношений , при которой популяции-ассоцианты имеют сходные потребности в питательных веществах.
Более активно развивается та популяция, у которой выше скорость роста.

Хищничество
Форма межвидовых отношений , при которых один вид захватывает, поглощает и переваривает другой.
Например, кишечная амеба питается микроорганизмами кишечника.

Паразитизм
Выгоду от совместного существования извлекает лишь один из партнеров, а другой получает повреждения/ гибнет.
Например, вирулентный фаг (паразит) + бактериальная клетка (хозяин)

Род бделловибрио (BDELLOVIBRIO)
бактерии, паразитирующие внутри клеток других грамотрицательных бактерий. В пределах рода достоверно описан один вид — Bdellovibrio bacteriovorus.
Прикрепление паразитической бактерии Bdellovibrio к клетке хозяина — Pseudomonas (по Штольлу, 1963).

Прохождение паразита внутрь клетки-хозяина. Ультратонкий срез (по Штольпу, 1963).

Атака паразитической бактерией клетки-хозяина. Увел, х 35000

Клетка бактерии-хозяина (Tuberoidobacter sp.), заполненная размножившимися паразитами. Электронная микрофотография. Увел, х 40000.

Антагонистические отношения между микробами используют для лечения (дисбактериоз кишечника, хронический колит), назначая пробиотические препараты.

Изменчивость – это свойство всех живых организмов приобретать в процессе индивидуального развития новые признаки

Назовите формы изменчивости, используя схему:
Изменчивость
…
…
В основе лежит
Модификационный процесс
Мутационный и рекомбинационный процесс

Источником генетической изменчивости, формирующем новые аллели в микробных популяциях, всегда является только мутации.
А вот структурные перестройки
внутри генотипа обеспечивает: рекомбинация.

Модификации
Это фенотипические изменения какого-либо признака или нескольких признаков микроорганизмов.
Модификации проявляются в изменении морфологических, биохимических и других признаков с последующей их реверсией к первоначальному фенотипу после устранения действия фактора, вызвавшего их образование.

Рост ESCHERICHIA COLI на среде ЭНДО
Рост ESCHERICHIA COLI на МПА

Модификационная изменчивость
(разобрать примеры)
Причины
Дефицит Са в пит. среде
Снижение спорообра-зования Вacillus antracis
Появление лактозы в пит. среде
Появление пеницил-лина в пит. среде
Дефицит О2 в пт. среде
Воздействие АБП на бактерию
Появление l-форм бактерий
Снижает пигментацию и увеличивает гладкие колонии у Mycobacterium
Индукция пеницил-линазы Staphylococ-cus spp.
Индукция синтеза в-галакто-зидазы Е.coli
Следствия

Определите вид изменчивости, ответ поясните
Дыхательная активность при 37°
Дыхательная активность 45°
Лецитиназа 21°
Лецитиназа 37°

Генетическая рекомбинация это возникновение новых последовательностей в структуре ДНК в результате разрывов и восстановления ее молекул. В ее основе лежит кроссинговер.
Генетическая рекомбинация у прокариот имеет свои отличительные признаки, что связано:
с особенностями строения генетического аппарата
с формой генетического обмена

Какой процесс изображен на микрофотографиях?
Что лежит в основе этого процесса?

Расскажите, пользуясь схемой, о конъюгации у E. coli

Трансформация - transformatio (лат.) - преобразование, превращение: это форма генетической изменчивости,
при которой бактерия - реципиент поглощает из внешней среды трофическим путем фрагменты ДНК бактерии – донора
вследствие этого образуются рекомбинантные бактерии, обладающие отельными свойствами донорской клетки.

Что было открыто в опытах Гриффитса (1928)
Что является трансформирующим фактором?

Ответить на поставленный вопрос Гриффит
был не готов. И только 1944г.Эвери, Маклеод и Маккарти показали, что в основе процесса трансформации лежит:
- способность бактерий адсорбировать на своей поверхности фрагменты химических молекул, например ДНК, определенной длины
- адсорбированная молекула ДНК (фрагмент) проникает внутрь клетки путём активного транспорта
- фрагмент ДНК встраиваются в геном бактерии на основе кроссинговера
- новый фрагмент ДНК, интегрировавшийся в геном бактерии, начинает проявлять свое действие также, как и другие гены клетки-реципиента

Явление трансдукции было открыто американскими биофизиками Дж. Ледербергом и Н. Циндером в 1952 г
Какой механизм его обеспечивает? Прокомментируйте

ТРАНСДУКЦИЯ - transductio - перемещение (лат): это перенос генетической информации от бактерии-донора к бактерии-реципиента с помощью умеренного фага (трансдуцирующих бактериофагов).

ОТЛИЧИЕ ТРАНСДУКЦИИ ОТ ФАГОВОЙ КОНВЕРСИИ?
? ... - перенос генетической информации из клетки в клетку при помощи бактериофага
? … - экспрeссия в клетке генов бактериофага
приведите примеры

Мутация – это …
Мутагенные факторы
?…
?…
?…
окислители и восстановители;
- алкилирующие агенты и пестициды;
- некоторые пищевые добавки;
- продукты переработки нефти и органические растворители;
- лекарственные препараты
ионизирующие излучения, ультрафиолетовые лучи и повышенная температура
вирусы,
бактерии