Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Федеральное государственное автономное
образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Институт фундаментальной биологии и биотехнологии
Базовая кафедра биотехнологии
Доклад
Микоплазмы: биохимия, распространение, значение.
Выполнила: студентка 2 курса магистратуры
Гр. ББ1201Б
М.Д. Ларионова
Проверила: С.В. Прудникова
Красноярск 2013
Группа микоплазм относится к классу Mollicutes, являются самыми мелкими
прокариотами (размеры 150-450 нм). Они не имеют клеточных стенок. Так как протопласт
снаружи ограничен только плазматической мембраной, клетки осмотически чрезвычайно
лабильны. У большинства микоплазм геном в четыре раза меньше, чем у Escherichia coli
(всего лишь 0,5-109 Да); таким образом, среди прокариот, способных к самостоятельной
репродукции, они обладают самым малым геномом. Порядок Mycoplasmatales выделили в
отдельный класс бактерий, получивший наименование Mollicutes («мягкокожие»); этим
подчеркивается филогенетическое отличие микоплазм от всех остальных бактерий.
В настоящее время известно свыше 40 видов микоплазм, выделенных из различных
источников (от коз, овец, крупного рогатого скота, свиней, грызунов, птиц, а также от
здоровых и больных людей). От человека выделено 9 видов микоплазм, но в патологии
имеет значение только три вида: Mycoplasma pneumoniae, Mycoplasma hominis, Ureaplasma
urealyticum (T-Mycoplasma). Общими свойствами микоплазм являются: небольшие
размеры (150-225 нм); способность размножаться на бесклеточной среде (в отличие от
вирусов и хламидий); выраженный полиморфизм (из-за отсутствия истинной клеточной
стенки); потребность в стеролах (холестерине и др.); гибель под действием
дистиллированной воды; устойчивость к действию сульфаниламидов, пенициллину,
стрептомицину и чувствительность к антибиотикам тетрациклиновой группы (Тмикоплазмы, кроме того, чувствительны к эритромицину);
В культуре одного вида можно выделить крупные и мелкие шаровидные,
эллипсообразные, дисковидные, палочковидные и нитевидные, в том числе ветвящиеся
(из-за этого все микоплазмы одно время причислялись к актиномицетам), клетки.
Описаны и разные способы размножения: фрагментация, бинарное деление, почкование.
При делении полученные клетки не равноценны по размеру, часто одна из них даже
нежизнеспособна. При росте на специальных питательных средах микоплазмы образуют
небольшие колонии с темным центром и более светлой периферией (форма,
напоминающая яичницу-глазунью) диаметром до 1-1,5 мм. Очень мелкие колонии (всего
15-20 мкм в диаметре) образуют Т-микоплазмы, откуда и произошло их название (от англ.
tiny - очень маленький, крошечный).
Колонии состоят из отдельных клеток и агрегатов разной величины, которые можно
описать как коккоидные клетки, нити, диски и розетки. Размножение происходит путем
обычного деления клеток, распада нитей и колен на кокковидные клетки, а также
процесса, сходного с почкованием. В жидких средах, кроме того, появляются клетки
очень неправильной формы, часто даже разветвленные, которые, подобно вирусам,
проходят через мембранные фильтры благодаря своим размерам.
Распространение и виды. Представители группы микоплазм (роды Mycoplasma,
Acholeplasma и Spiroplasma) - паразитические бактерии. Они, однако, не убивают своих
хозяев, а вызывают обычно хронические инфекции, и в этом отношении их можно считать
весьма хорошо приспособившимися паразитами. Раньше считалось, что микоплазмы в
основном паразитируют на человеке и высших животных, так Mycoplasma pneumoniae —
возбудитель респираторной инфекции, так называемой лёгкой атипичной пневмонии, а
три вида микоплазм являются генитальными Mycoplasma hominis, Mycoplasma genitalium
и Ureaplasma urealyticum. Сейчас показано, что распространение микоплазм в природе и
экологическая роль гораздо шире. Они найдены в почве, каменном угле и горячих
источниках, обнаружены сапротрофы, симбиотические формы. Разные виды являются
либо строгими аэробами, либо облигатными анаэробами.
У животных они встречаются, по-видимому, как относительно безвредные паразиты
на слизистых оболочках дыхательных путей и половых органов (у млекопитающих и
птиц). Эти организмы являются мембранными паразитами, т. е. прочно прикрепляются к
эпителиальным клеткам слизистых. Они не выделяют токсинов, но благодаря их тесному
контакту с лишенными стенок клетками хозяина даже такие слаботоксичные продукты
обмена, как ионы аммония и перекись водорода, оказывают неблагоприятное действие на
мембрану пораженных клеток.
Различают два рода микоплазм, паразитирующих на животных. Представители рода
Mycoplasma могут расти в чистой культуре лишь на средах с холестеролом или
комплексными добавками, содержащими стероиды (например, с сывороткой крови).
Виды, не нуждающиеся в холестероле, выделены в род Acholeplasma. Заражение
микоплазмами у одних животных не вызывает никаких болезненных симптомов, у других
же развивается воспаление дыхательных путей, легких или вымени. Специфичность в
отношении хозяина отражена в видовых названиях, таких как Mycoplasma canis, M.
gallisepticum, M. hominis и др.
У растений микоплазмы являются возбудителями болезней этиолирования. Они
преимущественно локализуются во флоэме и в связи с их внешним сходством со
спириллами объединены в род Spiroplasma. Spiroplasma citri - возбудитель болезни
этиолирования цитрусовых. Сходные формы были найдены у других растений (кукурузы,
опунции, бермудской травы, риса). Spiroplasma была обнаружена также у пчел и
кузнечиков; можно думать, что насекомые служат не только переносчиками, но и
хозяевами видов Spiroplasma.
Биохимические особенности. Микоплазмы отличаются от большинства других
бактерий не только отсутствием клеточной стенки, но и рядом биохимических признаков.
Они растут только в изотонических или гипертонических средах (с добавлением
сорбитола или сахарозы) и нуждаются в пуринах, пиримидинах и липидах, в том числе
стероидах. Отсутствие у микоплазм хинонов и цитохромов дает основание заключить, что
у них весьма ограниченная цепь дыхания. Их клетки отграничены только
цитоплазматической мембраной и не способны к синтезу пептидогликана. Поэтому
данные микроорганизмы устойчивы к пенициллину и другим антибиотикам,
блокирующим синтез клеточной стенки. Особенностью Т-микоплазм (Уреоплазм)
является их абсолютная потребность в мочевине. Из всех представителей микоплазм
только они имеют ферменты для расщепления мочевины.
Определение микоплазм в лаборатории
Методы определения микоплазм разделяют на две группы — культуральные и
альтернативные. Культуральные методы основаны на культивировании образцов
биологического материала, в котором проверяется наличие микоплазм, в селективных
жидких и с добавлением агара питательных средах в аэробных и анаэробных условиях.
Альтернативные методы основаны на полимеразной цепной реакции (ПЦР),
гибридизации рРНК микоплазм с флуоресцентно-меченными зондами и определении
активности ферментов метаболизма микоплазм.
Микоплазмозы - инфекционные заболевания человека, которые вызывают различные
виды микоплазм, представители родов Mycoplasma и Ureaplasma. Различают
респираторный микоплазмоз (пневмония, фарингит, трахеобронхит, бронхит),
урогенитальный микоплазмоз (уретрит, цистит, простатит, пиелонефрит, у женщин вагинит, кольпит, цервицит, эндометрит) и поражение суставов (артрит). Большинство
микоплазмозов имеют глобальное распространение и преимущественно хроническое
течение.
Клиническая диагностика довольно сложна из-за полиморфизма проявлений
микоплазмоза. Микоплазмозные пневмонии отличаются отсутствием выраженного
сезонного подъема заболеваемости, относительно легким течением, умеренной
интоксикацией. Однако в отдельных случаях их трудно отличить от пневмоний другой
этиологии. Сложна диагностика и более редких форм микоплазмоза, поэтому большое
значение имеют лабораторные методы. Выделение микоплазм довольно сложно, так как
они растут только на специальных средах, содержащих много компонентов или на
культуре тканей. В настоящее время хорошо отработана лишь методика обнаружения Т-
микоплазм. При использовании элективной уреазной среды уже через сутки по
изменению цвета среды (с желтого на красный) можно обнаружить наличие Т-микоплазм.
Для диагностики чаще используют серологические реакции. Исследуют парные
сыворотки, так как наличие противомикоплазменных антител (в невысоких титрах)
отмечается у 60-80% здоровых лиц. Первую сыворотку берут до 6-го дня болезни, вторую
- спустя 10-14 дней. Диагностическим считается нарастание титра антител в 4 раза и
больше.
Использование микоплазм в биотехнологии.
Ученые из Института Крейга Вентера в течение последних 10 лет уверенно идут
к великой цели — созданию искусственных микроорганизмов с заданными свойствами.
Практическое значение этих работ может оказаться огромным. Например, планируется
создание микробов, которые будут в больших количествах производить дешевое топливо.
Работы ведутся в основном с бактериями рода Mycoplasma. Геномы микоплазм
очень малы (от 600 до 1400 тыс. пар оснований) и хорошо изучены — на сегодняшний
день полностью прочтены геномы 14 видов.
В статье, опубликованной 28 июня 2008 года на сайте журнала Science, Крейг Вентер
и его сотрудники сообщили о первой успешной трансплантации целого генома от одного
вида бактерий другому. Ученые выделили геном из бактерии Mycoplasma mycoides,
которая вызывает тяжелую пневмонию у коров и может заражать других парнокопытных.
Геном был тщательно очищен от посторонних примесей, в том числе от белков, и
добавлен в культуру бактерий Mycoplasma capricolum, возбудителей козьего полиартрита,
которые поражают также коров и овец. Предварительно в геном M. mycoides были
внесены особые метки — в том числе гены устойчивости к антибиотикам — чтобы легче
было потом определить, успешно ли прошла трансплантация.
Спустя недолгое время среди клеток Mycoplasma capricolum появились бактерии
с признаками Mycoplasma mycoides. Обработав культуру бактерий антибиотиком, ученые
уничтожили тех микробов, которые не вобрали в себя чужую ДНК, а оставшихся
подвергли тщательному изучению. Ни генов, ни белков, характерных для исходного
вида Mycoplasma capricolum, у полученных колоний обнаружить не удалось. Антитела,
избирательно реагирующие на поверхностные белки Mycoplasma capricolum, не
прикреплялись к этим микробам, в отличие от антител, распознающих поверхностные
белки Mycoplasma mycoides.
Всё это свидетельствует о том, что пересадка генома полностью удалась. Авторы
предполагают, что бактерии «проглатывали» чужую молекулу ДНК, и в первый момент
в них, вероятно, содержались оба генома вместе. Когда такая клетка делилась, одна из
дочерних клеток получала геном Mycoplasma capricolum, а другая — геном Mycoplasma
mycoides. Последующая обработка антибиотиком уничтожила клетки первого типа.
Дальнейшие исследования покажут, можно ли проделывать подобную манипуляцию
с другими бактериями-реципиентами и другими геномами. Не исключено, что вобрать
в себя целый чужой геном способны только микробы, не имеющие клеточной стенки —
в этом случае микоплазмы, скорее всего, и впредь останутся единственными объектами
для таких экспериментов. Так или иначе, проделанная работа сильно приблизила Крейга
Вентера к его заветной цели — созданию искусственного микроба. По-видимому, эта цель
может быть достигнута уже через несколько лет.