1.Социальное поведение бактерий и бактериальные факторы роста

Бактериальные факторы роста

1.Социальное поведение бактерий и бактериальные факторы роста

Бактериальные факторы роста — различные вещества, необходимые для жизнедеятельности бактериальной клетки, которые она не синтезирует или синтезирует недостаточно быстро и должна извлекать из среды обитания.

К бактериальным факторам роста относятся аминокислоты, витамины группы B, железо-порфирины, пуриновые и пиримидиновые основания и их производные, некоторые ди- и полиамины, а также ряд разнообразных факторов, относящихся к различным классам хим. соединений.

Потребности в бактериальных факторах роста различных видов микроорганизмов широко варьируют. Согласно современным представлениям потребности в бактериальных факторах роста возникли вследствие утраты способности бактериальными клетками синтезировать их в результате мутаций.

Эта концепция получила подтверждение в ряде генетических и биохимических исследований. Было показано, что виды, не нуждающиеся в определенных бактериальных факторах роста, способны синтезировать эти факторы (см. Прототрофные микроорганизмы).

Кроме того, установлено, что с помощью мутагенных агентов из микробной популяции, не нуждающейся в бактериальных факторах роста, можно получить мутанты, обладающие потребностями в определенных бактериальных факторах роста; при этом нарушается определенный этап биосинтеза бактериальных факторов роста (см. Ауксотрофные микроорганизмы).

Процесс возникновения потребностей в бактериальных факторах роста может быть смоделирован путем выделения из прототрофной (не требующей бактериальные факторы роста) популяции мутантов с определенными питательными потребностями.

Разнообразие потребностей в бактериальных факторах роста у микробов различных видов и различных штаммов одного вида является результатом мутаций в генах, детерминирующих структуру ферментов, участвующих в синтезе определенных бактериальных факторов роста.

Одной из наиболее многочисленных групп бактериальных факторов роста являются витамины, которые обычно входят в состав коферментов или простетических групп ферментов.

Бактериальные факторы роста для Cl. acetobutylicum и ряда других бактерий является парааминобензойная кислота. Важным свойством парааминобензойной кислоты является ее способность предотвращать бактериостатическое действие сульфаниламидов.

Потребности в парааминобензойной кислоте как бактериальном факторе роста могут быть в значительной мере снижены- или полностью устранены добавлением в ростовую среду пуриновых оснований.

Последние в значительной мере снижают и бактериостатическое действие сульфаниламидов.

Фолиевая кислота является бактериальным факторам роста для Lactobacillus casei, Streptococcus faecalis и других микроорганизмов. Потребность в фолиевой кислоте может быть заменена серином, метионином, тимином и пуриновыми основаниями.

Метаболически активными производными фолиевой кислоты являются ее восстановленные формы, в синтезе которых используется в качестве предшественника парааминобензойная кислота. Сульфаниламиды блокируют реакции перехода парааминобензойной кислоты в восстановленные производные фолиевой кислоты.

Подобные реакции характерны для микробной клетки, но не для клеток высших организмов, что и определяет причину бактериостатического действия сульфаниламидов на бактерии при относительно меньшем вредном влиянии на клетки человека и высших животных.

Биотин (витамин H) является термостабильным бактериальным фактором роста для большого количества патогенных и сапрофитных микроорганизмов. Одной из наиболее важных функций биотина является его участие в реакциях карбоксилирования кетокислот.

Никотиновая кислота и ее производные: никотинамид (витамин PP), дифосфопиридиннуклеотид, трифосфопиридиннуклеотид требуются как бактериальные факторы роста для различных патогенных и сапрофитных микроорганизмов.

Так, дифосфопиридиннуклеотид (V-фактор) необходим для нек-рых гемофильных микробов; никотиновая кислота является бактериальным факторам роста для Corynebacterium diphtheriae и других микроорганизмов. Дифосфо- и трифосфопиридиннуклеотиды участвуют в клеточных окислительно-восстановительных реакциях.

Потребность в никотиновой кислоте не всегда устраняется добавлением в среду ее производных.

Пантотеновая кислота (витамин B3) является бактериальным фактором роста для дрожжей, а также некоторых видов молочнокислых и других бактерий. При гидролизе пантотеновая кислота распадается на пантоновую кислоту и β-аланин. Последний может заменять пантотеновую кислоту для роста некоторых штаммов Corynebacterium diphtheriae.

Пантоновая кислота заменяет пантотеновую кислоту, необходимую для Acetobacter suboxydans и Streptococcus haemolyticus Н69 D. Пантотеновая кислота участвует в биохимических реакциях как составная часть кофермента А, осуществляющего реакции ацетилирования. Большинство бактериальных видов требует свободную пантотеновую кислоту, а не кофермент А.

Исключением является Treponema pallidum.

Рибофлавин (витамин B2) входит как простетическая группа в состав многих ферментов, участвующих в окислительно-восстановительных реакциях, и является бактериальным фактором роста для молочнокислых бактерий и патогенных стрептококков.

Тиамин (витамин B1) является бактериальным фактором роста для многих видов микроорганизмов.

Потребность в тиамине некоторых микроорганизмов может быть заменена тиазольным компонентом тиамина, у других, например, некоторых штаммов Brucella, — пиримидиновым компонентом.

Для роста некоторых гонококков тиамин требуется в форме пирофосфата. Тиамин входит в состав коферментов, участвующих в реакциях декарбоксилировании.

Витамин B12 требуется в очень незначительных количествах для роста Lactobacillus и мутантных штаммов E. coli. В природе витамин B12 синтезируется исключительно микроорганизмами. Однако большинство микроорганизмов это соединение не синтезирует и не требует его для роста.

Витамин B12 может находиться в форме кофермента, участвующего в обратимой изомеризации глутамата в β-метиласпартат. Этот же кофермент требуется для перевода метилмалонилкофермента А в сукцинилкофермент А — реакции, существенной в метаболизме пропионата.

Витамин B12 участвует также в биосинтезе серина, метионина, тимина и пуриновых оснований.

Железопорфирины (гемы) являются компонентами каталазы, пероксидазы и цитохромов, осуществляющих окислительно-восстановительные реакции. Железопорфирины являются бактериальными факторами роста для Haemophilus influenzae, некоторых штаммов Mycobacterium tuberculosis, Fusiformis melaninogenicus и Bacteroides melaninogenicus.

Холин — структурная единица фосфолипидов, компонент ацетилхолина и донатор метильных групп в различных биохим, реакциях, является бактериальным фактором роста для некоторых видов, пневмококков и мутантных штаммов Neurospora.

Аминокислоты являются наряду с витаминами многочисленной группой бактериальных факторов роста. Клетки многих видов микроорганизмов способны синтезировать все аминокислоты самостоятельно, но встречаются виды, требующие для роста нескольких аминокислот.

Так, Streptococcus equinus требует для роста 17 аминокислот. Потребности микроорганизмов в аминокислотах могут изменяться в зависимости от состава среды.

Бактерии, требующие витамин Вв, могут в его отсутствие расти лишь при добавлении в среду многих аминокислот, тогда как р присутствии витамина потребность в аминокислотах исчезает в результате появления у клеток способности к их синтезу.

Потребность в аминокислотах может возникнуть за счет генетического нарушения одного из этапов биосинтеза определенных аминокислот. В этих случаях предшественники, синтезируемые после блокированного этапа, могут заменять требуемую аминокислоту как бактериальный фактор роста.

Пуриновые и пиримидиновые основания: аденин, гуанин, гипоксантин, ксантин, цитозин, урацил, оротовая кислота, рибонуклеозиды и дезоксирибонуклеозиды являются составными частями и предшественниками нуклеиновых кислот и требуются как бактериальные факторы роста для некоторых микроорганизмов.

Знание потребностей различных видов микроорганизмов в определенных бактериальных факторах роста является важным для идентификации патогенных микробов.

Медицинское значение бактериальных факторов роста определяется необходимостью создания соответствующих питательных сред, что необходимо для микробиологической диагностики инфекционных заболеваний.

Кроме того, ряд бактериальных факторов роста используется для создания оптимальных условий культивирования вакцинных штаммов в вакцинно-сывороточном производстве.

Библиогр.: Вулли Д. Учение об антиметаболитах, пер. с англ., с. 170, 196, М., 1954; Иерусалимский Н. Д. Азотное и витаминное питание микробов, М.— JI., 1949; Мейсель М. Н. Функциональная морфология дрожжевых организмов, с. 193, М.— Д.

, 1950; Advances in microbial physiology, ed. by A. H. Rose a. J. F. Wilkinson, v. 1, L.—N.Y., 1967; Guirar'dB.M. a. Snell E. E. Nutritional requirements of microorganisms, в kh,: Bacteria, ed. by I. C. Gunsalus a. R. Y. Stanier, v. 4, p. 33, N. Y.— L.

, 1962, bibliogr.; Knight В. C. J. G. Bacterial nutrition, p. 162, L., 1936; L w о f f A. Involution physiologique, P., 1944; Snell E. E. Growth factors in bacterial nutrition, в кн.: Plant growth substances, ed. by F. Skoog, p. 1, Richmond, 1951, bibliogr.

; Zinsser H. Microbiology, N. Y., 1972.

Г. Б. Смирнов.

Источник: https://xn--90aw5c.xn--c1avg/index.php/%D0%91%D0%90%D0%9A%D0%A2%D0%95%D0%A0%D0%98%D0%90%D0%9B%D0%AC%D0%9D%D0%AB%D0%95_%D0%A4%D0%90%D0%9A%D0%A2%D0%9E%D0%A0%D0%AB_%D0%A0%D0%9E%D0%A1%D0%A2%D0%90

Генетические основы социального поведения бактерий

1.Социальное поведение бактерий и бактериальные факторы роста

ЧАСТЬ П. СПЕЦИАЛЬНАЯ ГЕНЕТИКА ПОВЕДЕНИЯ ПРЕДСТАВИТЕЛЕЙ НЕКОТОРЫХ ТАКСОНОМИЧЕСКИХ ГРУПП.

Глава 3 . Генетика поведения бактерий.

Обычно под поведением обычно понимают реакции, проявляющиеся в движениях. Поведение бактерий, конечно, не может быть сложным и разнообразным. Но многие бактерии способны к направленному передвижению в соответствии с сигналами, поступающими из окружающей среды.

Имеется несколько принципиально различных типов движения бактерий. Наиболее распространено движение при помощи жгутиков: одиночных бактерий и бактериальных ассоциаций (роение). Частным случаем этого также является движение спирохет, которые извиваются благодаря аксиальным нитям, близким по строению к жгутикам, но расположенным в периплазме.

Другим типом движения является скольжение бактерий, не имеющих жгутиков, по поверхности твёрдых сред.

Его механизм пока недостаточно изучен, предполагается участие в нём выделения слизи (проталкивание клетки) и находящихся в клеточной стенке фибриллярных нитей, вызывающих «бегущую волну» по поверхности клетки.

Наконец, бактерии могут всплывать и погружаться в жидкости, меняя свою плотность, наполняя газами или опустошая аэросомы.

У бактерий можно изучать некоторых простейшие элементы поведенческих реакций, например, движение, обусловленное мерцанием жгутиков или ресничек.

Бактерии отвечают на химическое раздражение движением по направлению к источнику раздражения (положительный хемотаксис) или, наоборот, от этого раздражителя (отрицательный хемотаксис).

Эта их реакция обусловлена функционированием своеобразного молекулярного мотора, от которого зависят вращения жгутика, действующего наподобие пропеллера и направляющего движение бактерии.

Бактерии взаимодействуют друг с другом, как внутри одного вида, так и с представителями других видов. При этом они обмениваются сигнальными молекулами.

Хотя генетика микроорганизмов изучается достаточно активно (полностью расшифрованы геномы многих сотен микробов), генетические основы их поведения изучены гораздо хуже. Но, тем не менее, есть интересные результаты. Так, ученые из Института биологии развития им.

Макса Планка (Тюбинген, Германия) на примере почвенной бактерии Myxococcus xanthus показали, что радикальные изменения коллективного поведения и межорганизменных взаимосвязей у бактерий могут происходить в результате весьма незначительных модификаций генома.

Myxococcus — типичный представитель миксобактерий, которым свойственно весьма сложное коллективное поведение. Например, они иногда собираются в большие скопления и устраивают коллективную «охоту» на других микробов. «Охотники» выделяют токсины, убивающие «добычу», а затем используют органические вещества, высвободившиеся при распаде погибших клеток.

Как и другие миксобактерии, Myxococcus при недостатке пищи образует плодовые тела, в которых часть бактерий превращается в споры. В виде спор микробы могут пережить неблагоприятные условия. Плодовое тело собирается из огромного множества индивидуальных бактериальных клеток.

Создание такой крупной и сложной многоклеточной структуры требует совместных скоординированных действий миллионов отдельных бактерий, из которых лишь малая часть получает прямую выгоду, а все остальные, по сути дела, жертвуют собой ради общего блага.

Но лишь очень немногие из участников коллективного действия смогут превратиться в споры и передать свои гены следующим поколениям. Все остальные выступают в роли «стройматериала», который погибнет, не оставив потомства.

Рис.3.1. Myxococcus — типичный представитель миксобактерий

Рис.3.2.Плодовые тела, образованные бактериями Myxococcus xanthus

Среди миксококков есть генетические линии (или штаммы), не способные к образованию собственных плодовых тел, но умеющие пристраиваться к «чужим» плодовым телам и образовывать там свои споры.

Один из таких штаммов (исследователи назвали его OC, от obligate cheater — «облигатный обманщик») не способен образовывать споры в монокультуре, однако, он успешно внедряется в чужие плодовые тела и спорулирует там даже с большей эффективностью, чем штамм-хозяин, построивший плодовое тело.

Ученые экспериментировали с этой системой «паразит—хозяин», выращивая смешанную культуру альтруистов и обманщиков попеременно то в «голодной», то в богатой питательными веществами среде и следя за колебаниями численности двух штаммов. Во время голодовок выжить могли только те бактерии, которым удалось превратиться в споры.

В одном из опытов в штамме OC произошла мутация, в результате которой бактерии не только восстановили утраченную способность к самостоятельному (без «помощи» другого штамма) образованию плодовых тел и спор, но и получили дополнительное преимущество.

По не вполне ясным причинам мутантные бактерии оказались защищены от «нахлебников» — представителей штамма ОС, своих прямых предков.

Возникший в результате мутации новый штамм получил условное название PX (от phoenix — «феникс»).

Этот штамм появился и быстро размножился как раз тот момент, когда почти все бактерии в экспериментальной культуре (исходный «дикий» штамм и паразиты ОС) погибли.

Штамм PX, как выяснилось, побеждает в конкурентном соревновании и «диких» миксококков, и паразитов ОС. Он не нуждается для образования плодовых тел в других штаммах и защищен от паразитизма.

Генетический анализ исследованных штаммов показал, что PX отличается от своего прямого предка OC единственной мутацией — заменой нуклеотида в некодирующей (вероятно, регуляторной) области гена фермента ацетилтрансферазы.

Всего в геноме миксококка более 30 генов различных ацетилтрансфераз (так называются ферменты, прикрепляющие к каким-либо молекулам ацетильную группу –CO–CH3), и конкретная функция той из них, ген которой изменился у штамма PX, неизвестна, но некоторые косвенные данные, однако, указывают на возможную регуляторную роль этого фермента. Не исключено, что он влияет на активность каких-то транскрипционных факторов — белков, регулирующих активность генов. Действительно, активность целого ряда генов у PX сильно изменилась по сравнению с OC.

Итак, ученым удалось зарегистрировать мутацию, в результате которой бактерии Myxococcus xanthus приобрели сразу два полезных свойства: способность к сложному коллективному поведению (образованию плодовых тел) и защищенность от паразитов. Мутация состояла в замене одного нуклеотида в регуляторной области гена, предположительно участвующего в регуляции активности других генов.

Группа ученых из Гарвардского университета в результате многолетних исследований выяснила генетическую основу сложного социального поведения Bacillus subtilis.

Эти повсеместно распространенные почвенные бактерии относятся к числу наиболее хорошо изученных микроорганизмов, их геном полностью расшифрован в 1997 году.

Размер генома — 4 214 630 пар оснований, общее число генов — 4225, и функции большинства генов в общих чертах известны.

Этого, однако, недостаточно, чтобы понять механизмы, управляющие сложным поведением этой бактерии. B. Subtilis умеет, например, при необходимости отращивать жгутики и приобретать подвижность, собираться в «стаи» (swarming behavior) и принимать решения на основе химических сигналов, получаемых от сородичей.

При этом используется особое «чувство кворума» (quorum sensing) — нечто вроде химического ания, когда определенное критическое число поданных сородичами химических «» меняет поведение бактерий. B.

subtilis способна собираться в многоклеточные агрегаты, по сложности своей структуры приближающиеся к многоклеточному организму.

Рис.3.3. «Плодовое тело» Bacillus subtilis — сложный многоклеточный агрегат, часто образуемый дикими бактериями в природе, и почти никогда — в лаборатории.

В критической ситуации (например, при длительном голодании) бактерии превращаются в споры, устойчивые к неблагоприятным воздействиям. Но превращение в спору для B. subtilis — процесс дорогостоящий, требующий активизации около 500 генов, и эта мера приберегается на самый крайний случай.

В качестве предпоследней меры в голодные времена B. subtilis прибегает к убийству своих сородичей и каннибализму. При голодании у B.

subtilis срабатывает особый генный переключатель, который может находиться лишь в одном из двух дискретных состояний (включено/выключено).

«Переключатель» состоит из ключевого гена-регулятора Spo0A и нескольких других генов, которые взаимно активируют друг друга по принципу положительной обратной связи.

Активизация Spo0A приводит к целому каскаду реакций, в том числе к производству клеткой токсина SdpC, убивающего тех бактерий, у которых «переключатель» выключен.

Но голодание приводит к активизации Spo0A только у половины микробов. Погибшие клетки распадаются, высвободившиеся из них органические вещества используются убийцами.

Если никаких перемен к лучшему так и не произойдет, они образуют споры.

Поначалу было неясно, почему токсин убивает только тех бактерий, которые его не выделяют (то есть тех, у кого Spo0A не активирован). Оказалось, что на мембране бактерий есть защитный белок SdpI, выполняющий сразу две функции.

Во-первых, он защищает клетку от токсина SdpC (просто хватает молекулы токсина и держит, не дает им ничего делать).

Во-вторых, молекула белка SdpI, схватившая молекулу токсина, изменяется таким образом, что другой ее конец (торчащий из внутренней стороны мембраны) хватает и удерживает молекулы белка SdpR, функция которого состоит в том, чтобы блокировать производство защитного белка SdpI.

Таким образом, схватывание защитным белком молекулы токсина приводит к инактивации белка, тормозящего производство защитного белка. То есть чем больше будет токсина, тем больше клетка будет производить защитного белка. А как только токсин в окружающей среде закончится, молекулы SdpR перестанут инактивироваться, и производство защитного белка остановится.

По молекулярно-биологическим меркам это — крайне простой регуляторный каскад. Так бактерии защищаются от собственного токсина. А бактерии с выключенным Spo0A оказываются незащищенными, потому что синтез спасительного SdpI у них блокируется еще одним белком — AbrB. Отключить AbrB можно только путем включения Spo0A, поэтому клетки с выключенным Spo0A обречены на гибель.

Источник: https://studopedia.su/8_17836_geneticheskie-osnovi-sotsialnogo-povedeniya-bakteriy.html

Социальное поведение бактерий

1.Социальное поведение бактерий и бактериальные факторы роста

Достижения в микробиологии  последних двух десятилетий показали, что бактерии для своего выживания так же, как и люди, широко используют преимущества, которые дает коллективное поведение.

Бактериальный «язык общения» чрезвычайно богат и обеспечивается различными низкомолекулярными химическими соединениями, разнообразие которых вполне сравнимо со словарным запасом человека.

О роли социального поведения бактерий в возникновении хронических инфекционных заболеваний и методах борьбы с ними мы беседуем с директором НИИ эпидемиологии и микробиологии им. Н.Ф.Гамалеи РАМН вице-президентом РАМН академиком РАМН Александром ГИНЦБУРГОМ.

-Александр Леонидович, когда был открыт феномен социального поведения бактерий?

-Тот факт, что бактерии способны образовывать сложные сообщества, микробиологам был известен давно. Феномен социального поведения бактерий («чувство кворума») был впервые обнаружен около 25 лет назад.

Но то, что 99% бактерий существуют в природных экосистемах в виде не свободно плавающих клеток, а специфически организованных, прикрепленных к субстрату биопленок, стало известно лишь в последнее десятилетие минувшего века благодаря развитию и применению новых микробиологических и молекулярно-биологических методов исследования.

В составе биопленок бактерии объединены сложными межклеточными связями, поэтому такую популяцию микробов можно рассматривать как функциональный аналог многоклеточного организма. Развитие биопленок – сложный, регулируемый и генетически запрограммированный процесс.

С их наличием связана множественная  лекарственная устойчивость к антибиотикам, которая в этом случае выше в десятки, а то и в сотни раз. Биопленки имеют такую структуру, что  препараты просто не могут «добраться» до бактерий. Ведь бактерии в биопленке окружены продуцируемым ими биополимерным матриксом, который препятствует проникновению лекарственных средств.

Существуют и генетические факторы, ответственные за повышенную устойчивость бактерий к стрессовым факторам.

-С биопленками не может справиться и иммунная система организма?

-Да, в их составе бактерии длительно сохраняются в организме хозяина и становятся устойчивыми к действию как  гуморального, так и клеточного иммунитета. Поэтому наличие хронических инфекционных заболеваний определяется именно тем, что бактерии способны образовывать биопленки и, длительно персистируя, сохраняться в организме хозяина.

-В каких органах обычно формируются  биопленки?

-В желудочно-кишечном тракте, на эндотелии сосудов, эпителиальных поверхностях легких и бронхов.  Если это происходит в почках, то развивается хронический пиелонефрит, а если на поверхностях клапанов сердца, то это чревато ревматическими поражениями миокарда. Эти патологические процессы, постепенно развиваясь, сначала приводят к инвалидизации, а несколько лет спустя – к летальному исходу.

Все хронические инфекционные заболевания, которые известны сегодня на молекулярном уровне, связаны с формированием биопленок.

Когда они достигают определенного размера, от биопленки начинают отрываться части, которые с помощью кровотока или по желудочно-кишечному тракту разносятся по организму. Происходит образование новых очагов биопленки.

Это полная аналогия метастазирования злокачественных клеток – есть первичный очаг, из которого распространяются метастазы. Оба процесса приводят рано или поздно к плачевным последствиям.

В  литературе последних лет приводятся исследования, доказывающие, что биопленки играют решающую роль при распространении такой опасной инфекции, как  леогинеллез.

Когда в иммунологически нормальный организм человека проникают 1-2 легионеллы, то, как правило, это инфекционного процесса не вызывает.

А если  легионеллы накапливаются в кондиционерах в виде биопленок и размножаются в виде их кусков, то при попадании в организм человека это защищает их от атаки иммунной системы. 

Бактерии способны формировать биопленки не только на биологических поверхностях, но и на дереве, пластмассе, металле. При транспортировке нефти биопленки представляют собой большую технологическую проблему, а для медиков «головной болью» является их образование на хирургическом инструментарии, эндоскопах.

Возникновение многих хронических инфекций, как теперь установлено,  обусловлено способностью бактерий расти в виде биопленок на медицинском имплантируемом  оборудовании (линзы, катетеры, искусственные клапаны сердца).

  Из-за устойчивости бактерий в составе биопленок  стерилизация очень часто эффекта не дает, приходится использовать одноразовые инструменты. С биопленками, образующимися  на поверхностях стен, полов, кроватей,  тесно связана и проблема внутрибольничных инфекций. Так гигиеническая проблема превращается в молекулярно-биологическую.

Чрезвычайно трудно извести эти биопленки в родильных домах, порой для этого приходится проводить чуть ли не капитальный ремонт, поскольку ни УФО, ни дезсредства не помогают.

Впрочем, биопленки приносят не только вред. Когда их формирует нормальная микрофлора желудочно-кишечного тракта, то такие биопленки хорошо и надежно защищает наши слизистые от повреждающих агентов.

-Каковы молекулярные механизмы, с помощью которых бактерии образуют биопленки?

-Биопленки могут формироваться только после достижения бактериями определенной плотности – от 1 до 10 млн в 1 мл. Бактерии выделяют высокоспецифичные  соединения – сигнальные молекулы (автоиндукторы). Причем автоиндукторы, которые выделяют, например, патогенные кишечные палочки, не узнаются сальмонеллами.

Именно эти молекулы и служат «языком» общения бактерий, регулируют социальное поведение. В зависимости от плотности популяции с помощью регуляторных белков они экспрессирует гены, которые запускают синтез полисахаридов,  образующих  капсулы на поверхности этой бактериальной массы. Таким образом формируются биопленки.

Под электронным микроскопом видны целые сооружения, через которых происходит приток питательных веществ  к бактериям и отток продуктов их метаболизма. Внутри этой структуры есть даже дифференцировка клеток – в клетках по поверхности биопленок работает один набор генов, в клетках глубоких слоев – другой.

Это опять же полный аналог опухолевых образований, только формируется эта структура не из эукариотических,  а из прокариотических клеток. В этом и состоит социальное поведение бактерий – ради выживания они собираются в сообщество, где ряд функций они выполняют вместе, и в то же время происходит распределение обязанностей.

Это похоже на социальное поведение насекомых – пчел, муравьев.

Могут формироваться и сложные сообщества, которые состоят  из бактерий разных видов. В одну биопленку объединяются не только  грамотрицательные и грамположительные микроорганизмы, но даже бактерии и простейшие. В этих случаях работают те же принципы, только автоиндукторы имеют более широкую специфичность.

-Какие есть другие механизмы социального поведения бактерий,

помимо биопленок?

-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. На каждый наш ход они отвечает своим, как в шахматной партии.

-Такое впечатление, что бактерии научились социальному поведению еще до появления людей на нашей планете…

-Это действительно так, и люди стали во многом случайными объектами для атаки бактерий. Ведь им по большому счету все равно где паразитировать – на биологических или не биологических поверхностях. Для глубокого понимания этих процессов важно знать, как бактерии существуют в сапрофитном состоянии, независимо от организма человека и теплокровных животных.

Возможно, те механизмы, которые у них эволюционно сформировались в процессе свободной жизнедеятельности, перекочевали на макроорганизмы. Ведь даже в деталях похоже, как многие бактерии расправляются с амебами и фагоцитам.

  Поэтому Мечников, изучавший фагоцитоз на амебах, был абсолютно прав – это прекрасная модель! Ее мы используем на современном уровне в наших исследованиях.

-Какими методами можно выявить биопленки?

-Разными, начиная с электронно-микроскопических и кончая микробиологическими. При изучении структуры биопленок используется серьезная дорогостоящая аппаратура, микроскопы последнего поколения.

А если надо просто протестировать способность бактерий формировать биопленки, то есть методы, позволяющие в течение 1-2 суток количественно оценить такую способность.

По этому критерию можно также отбирать эубиотики.

-Всем ли бактериям присуща способность образовывать биопленки?

-По мере того, как мы все больше  изучаем экологию патогенных бактерий, приходим к выводу, что это явление всеобщее.

Конечно, есть классические объекты типа Pseudomonas aeruginosa, Burkholderiacepacia , вызывающие тяжелые заболевания бронхов и легких.

Они очень хорошо научились колонизировать на бронхах, прекрасно образуя биопленки, что приводит к летальному исходу при муковисцидозе, кистозном фиброзе. 

-Какие  новые методы борьбы с этой напастью может предложить современная наука?

 -Пока препаратов, которые можно было рекомендовать к практическому использованию, не существует. Но есть понимание, как их создавать.

Исходя из того, что ученые, в частности в нашем институте, хорошо изучили механизмы формирования биопленок, сейчас активно идут поиски методов их разрушения. Это наиболее серьезный радикальный подход к лечению хронических инфекционных заболеваний.

Других методов на сегодняшний день не существует: антибиотики бессильны, а остальные средства лишь  симптоматические.

Одно из возможных решений этой проблемы – поиск антипатогенных препаратов,  которые, в отличие от антимикробных, вызывающих гибель или подавление роста бактерий,  обладали бы способностью снижать или блокировать их вирулентность, в результате чего с инфекцией смогла бы справиться иммунная система организма. Мишенями таких антипатогенных лекарственных средств могут стать системы регуляции бактерий, контролирующие экспрессию факторов вирулентности. Открытие систем коммуникации бактерий (системы QS), контролирующих важные стадии инфекционных процессов, включая образование факторов вирулентности и биопленок, позволил вплотную подойти к этой цели. Используются разные стратегии, связанные с прерыванием цепи событий в процессе работы системы QS, включая подавление образования  автоиндукторов, распространения и восприятия их сигналов. Появились сообщения о веществах, способных ингибировать синтез автоиндукторов. Например, для P.aeruginosa в качестве таких ингибиторов названы различные аналоги S-аденозилметионина, определенные макролидные антибиотики, применяемые в субминимальных концентрациях, эритромицин. Из окружающей среды выделены бактерии, способные вызывать деградацию молекул автоиндукторов или метаболизировать их.

-Можно ли количественно оценить,  скольким больным понадобятся эти препараты?

-Могу сказать только, что методы, которые будут позволять разрушать биопленки, спасут миллионы жизней и сохранят громадные материальные средства.

Но статистических исследований по распространению поражения биопленками никто не проводил, хорошо бы нам по  обычной заболеваемости  иметь хорошую статистику. Даже на Западе этим пока не занимаются.

Думаю, что  органы здравоохранения начнут регистрировать эти заболевания только тогда, когда появятся средства, которые позволят бороться с биопленкам.

-И сколько осталось ждать, по вашим прогнозам?

-Думаю, 2-3 года, не больше.  На это направлены очень большие силы за рубежом, но и мы стараемся не очень сильно отставать. Крупным фармацевтическим компаниями выгодно как можно скорее начать производить эти препараты,  так как речь идет о лечении хронических заболеваний.

Интерес к разработке  новых видов антибиотиков  пропал потому, что к ним уже через 3-4 года  вырабатывается резистентность. Гораздо выгоднее разрабатывать  противоопухолевые, гипотензивные средства, которые необходимо  принимать длительно.

Препараты, которые будет разрушать биопленки, как раз из этого числа.

Беседу вел Федор СМИРНОВ

Источник: http://www.rusmedserv.com/medgazeta/2006g/62/article_3678.html

Medic-studio
Добавить комментарий