- 1 -
1. Вирусы.
Вирусы (лат.- яд) - мельчайшие возбудители многочисленных инфекци-
онных заболеваний человека, животных, растений и бактерий. Являются
внутриклеточными паразитами, не способные к жизнедеятельности живых
клеток. Это неклеточная форма жизни.
Первооткрыватель вирусов Д. И. Ивановский выявил два их основных
свойства - они столь малы, что проходят через фильтры, задерживающие
бактерии, и их невозможно, в отличие от клеток, выращивать на ис-
кусственных питательных средах. Лишь с помощью электронного микрос-
копа удалось увидеть эти мельчайшие из живых существ и оценить мно-
гообразие их форм.
Ни один из известных вирусов не способен к самостоятельному су-
ществованию. Вирусы могут существовать в двух формах: внеклеточной и
внутриклеточной. Вне клеток вирионы (вирусные частицы) не обнаружи-
вают признаков жизни. Попав в организм, они проникают в чувствитель-
ные к ним клетки и переходят из покоящейся формы в размножающуюся.
Начинается сложное и многообразное взаимодействие вирусов и клетки,
заканчивающееся образованием и выходом в окружающую среду дочерних
вирионов.
В зависимости от длительности пребывания вируса в клетке и харак-
тера изменения её функционирования различают три типа вирусной ин-
фекции.
Если образующиеся вирусы одновременно покидают клетку, то она раз-
рывается и гибнет. Вышедшие из неё вирусы поражают новые клетки. Так
развивается2 литическая0 (разрушение, растворение) инфекция.
При вирусной инфекции другого типа, называемой2 персистентной
2(0стойкой2)0, новые вирусы покидают клетку-хозяина постепенно. Клетка
продолжает жить и делится, производя новые вирусы, хотя её функцио-
нирование может измениться.
Третий тип инфекции называется2 латентным0 (скрытым). Генетический
материал вируса встраивается в хромосомы клетки и при её делении
воспроизводится и передаётся дочерними клетками. При определённых
условиях в некоторых из заражённых клеток латентный вирус активиру-
ется, размножается, и его потомки покидают клетки. Инфекция развива-
ется по литическому или персистентному типу.
Болезни, которые вызываются вирусами, легко передаются от больных
здоровым и быстро распространяются. Долгое время полагали, что виру-
сы вызывают острые массовые заболевания. К настоящему времени накоп-
лено много доказательств того, что вирусы являются причиной и раз-
личных хронических болезней длящихся годами и даже десятилетиями.
Разработка методов изучения вирусов, открытие вирусов (теперь их
известно около полутора тысяч), определение диапазона их болезнет-
ворных проявлений и попытки борьбы с ними были основным содержанием
вирусологии первый половины нашего столетия. Именно негативные
свойства вирусов, точнее способность вызывать болезни, послужили
вначале главным стимулом к их изучению. Но в процессе этой работы
были обнаружены многие положительные свойства вирусов ,благодаря ко-
торым во второй половине 20 в. они стали замечательной моделью для
исследования фундаментальных проблем биологии. С их помощью были
сделаны такие выдающиеся открытия, как расшифровка генетического ко-
да и строение генетических нуклеиновых кислот, установлены законо-
мерности синтеза белков. Вирусы оказались основным инструментом ге-
нетической инженерии. Теперь мы знаем что по своему строению и
свойствам вирусы занимают промежуточное место между сложнейшими хи-
мическими веществами (полимерами, макромолекулами) и простейшими ор-
ганизмами (бактериями).
- 2 -
1.1 Строение и2 0химический состав вирионов.
Самые крупные вирусы (вирусы оспы) приближаются по размерам к не-
большим размерам бактерий, самые мелкие (возбудители энцефалита, по-
лиомиелита, ящура) - к крупным белковым молекулам, направленных к
молекулам гемоглобина крови. Иными словами, среди вирусов есть свои
великаны и карлики. Для измерения вирусов используют условную вели-
чину, называемую нанометром (1нм0). Один 1нм 0составляет миллионную долю
миллиметра. Размеры разных вирусов варьируют от 20 до нескольких со-
тен1 нм0.
Простые вирусы состоят из белка и нуклеиновый кислоты. Наиболее
важная часть вирусной частицы - нуклеиновая кислота - является носи-
телем генетической информации. Если клетки человека, животных, рас-
тений и бактерий всегда содержат два типа нуклеиновых кислот дезок-
сирибонуклиновую кислоту - ДНК и рибонуклеиновую - РНК, то у разных
вирусов обнаружен лишь один тип - или ДНК, или РНК, что положено в
основу их классификации. Второй обязательный компонент вириона -
белки отличаются у разных вирусов, что позволяет распознавать их с
помощью иммунологических реакций.
Более сложные по структуре вирусы, кроме белков и нуклеиновых кис-
лот, содержат углеводы, липиды. Для каждой группы вирусов характерен
свой набор белков, жиров, углеводов и нуклеиновых кислот. Некоторые
вирусы содержат в своём составе ферменты.
Каждый компонент вирионов имеет определённые функции: белковая
оболочка защищает их от неблагоприятных воздействий, нуклеиновая
кислота отвечает за наследственные и инфекционные свойства и играет
ведущую роль в изменчивости вирусов, а ферменты участвуют в их разм-
ножении. Обычно нуклеиновая кислота находится в центре вириона и ок-
ружена белковой оболочкой (капсидом), как бы одета в неё (рис. 1).
Капсид состоит из определённым образом уложенных однотипных белковых
молекул (капсомеров), которые образуют симметричные геометрические
формы в месте с нуклеиновой кислотой вирусы (нуклеокапсид). В случае
кубической симметрии нуклеокапсида нить нуклеиновой кислоты свёрнута
в клубок, а капсомеры плотно уложены вокруг неё. Так устроены вирусы
полиомиелита, ящура и др.
При спиральной (палочковидной) симметрии нуклеокапсида нить вируса
закручена в виде спирали, каждый её виток покрыт капсомерами, темно
прилегающими друг к другу. Структуру капсомеров и внешний вид вирио-
нов можно наблюдать с помощью электронной микроскопии.
Большая часть вирусов, вызывающих инфекции у человека и животных,
имеет кубический тип симметрии. Капсид почти всегда имеет форму ико-
саэдра - правильного двадцатигранника с двенадцатью вершинами и с
гранями из равносторонних треугольников.
Многие вирусы помимо белкового капсида имеют внешнюю оболочку.
Кроме вирусных белков и гликопротеинов она содержит ещё и липиды,
позаимствованные у плазматической мембраны клетки-хозяина. Вирус
гриппа - пример спирального вириона в оболочке с кубическим типом
- 3 -
симметрии.
Современная классификация вирусов основана на виде и формы их нук-
леиновой кислоты, типе симметрии и наличии или отсутствие внешней
оболочки.
1.2 Размножение вирусов.
Размножение вирусов происходит особым, ни с чем не сравнимым спо-
собом. Сначала вирионы проникают внутрь клетки, и освобождаются ви-
русные нуклеиновые кислоты. Затем "заготавливаются" детали будущих
вирионов. Размножение заканчивается сборкой новых вирионов и выходом
их в окружающую среду.
Рассмотрим простейший способ
размножения вирусов (рис. 2). Предс-
тавим себе некий обобщённый вариант вирусной частицы, состоящей из
двух основных компонентов - нуклеиновой кислоты (РНК или ДНК), зак-
лючённой в белковой чехол (оболочку). Встреча вирусов с клетками на-
чинается с его адсорбций, то есть прикрепления к клеточной стенки,
плазматической мембране клетки. Причём каждый вирион способен прик-
репляться лишь к определённым клеткам, имеющие специальные рецепто-
ры. На одной клетке могут адсорбироваться десятки и даже сотни вири-
онов. Затем начинается внедрение или проникновение вириона в клетку,
которое осуществляет она сама. Этот процесс называется виропексисом.
Клетка как бы "втягивает" прикрепившихся вирионов внутрь.
Более просто устроены бактерии не способны сами захватывать вирионы
из окружающей среды. Этим,по-видимому, и можно объяснить наличие у
поражающих их вирусов сложного и совершенного аппарата, подобно
шприцу, впрыскивающего нуклеиновые кислоты.
В зараженной клетке бактериальные ферменты репликации синтезируют
комплементарную ей цепь, которая служит матрицей для образования фа-
говых ДНК. Они соединяются с фаговыми белками, также синтезированные
бактериальными ферментами, и новые фаги покидают клетку-хозяина.
Разнообразие видов и форм вирусов нуклеиновых кислот определяет и
разнообразие способов их репликации. Бактериофаг (вирус, который по-
селяется в клетках бактерий) Т4 имеет одну двухцепочечную линейную
молекулу, состоящую из 160 x 10530 пар нуклеотидов. В ней закодировано
более 150 различных белков, в том числе более 30 белков, участвующих
в репликации фаговой ДНК. Обезьяний вирус SV40 имеет двухцепочечную
кольцевую ДНК. Репликация у вирусов с двухцепочечной ДНК принципи-
ально не отличается от репликации бактериальной и или эукариотичес-
кой ДНК.
Многие вирусы растений содержат одну линейную молекулу РНК, напри-
мер первый из описанных вирус табачной мазаики (ВТМ). Молекула РНК
ВТМ заключена в белковый капсид, состоящий из 2130 идентичных поли-
пептидных субъединиц.
- 4 -
Репликация РНК вируса табачной мозаики осуществляется ферментом,
называемым1 РНК-зависимой РНК-полимеразой0, закодированной в геноме
вируса. Сначала этот фермент строит комплементарную РНК, а затем по
ней, как по матрице, синтезирует множество вирусных РНК.
Поразительно, как вирусы, которые в десятки и даже сотни раз мень-
ше клеток, умело и уверенно распоряжаются клеточным хозяйством. Для
построения себе подобных они используют клеточные материалы и энер-
гию. Размножаясь, они истощают клеточные ресурсы и глубоко, часто
необратимо, нарушают обмен веществ, что в конечном счёте является
причиной гибели клеток.
1.3 Болезнетворные свойства вирусов.
Диапазон патологических процессов, вызываемых вирусами, очень ши-
рок (таб. ). Здесь и так называемые генерализованные инфекции
(грипп, корь, бешенство, свинка, оспа и др.), и местные поражения
кожи и слизистых оболочек (герпес, бородавки), и болезни отдельных
органов и тканей (миокардиты, гепатиты, лейкозы), и, наконец, злока-
чественные образования (рак, саркома у животных). Распространёными
заболеваниями остаются грипп и острые респираторные заболевания,
корь, вирусный гепатит, тропические лихорадки, герпес и другие ви-
русные болезни. В природе существует мало чисто человеческих виру-
сов; все они близки и аналогичны соответствующим вирусам животным.
Какова вероятность встречи с вирусамиС возбудителями гриппа, ко-
ри, свинки, герпеса, цитомегалии, гастроэнтерита и различных ОРЗ
контакты практически неизбежны (90-100%); с вирусами вызывающими ге-
патит, краснуху, бешенство, везикулярный стоматит, полиомиелит, мио-
кардиты, встреч можно избежать. Так или иначе, но человек на протя-
жении всей жизни подвергается опасности заразиться и заболеть ка-
кой-либо вирусной инфекцией, хотя существует определённая возрастная
чувствительность к вирусам.
Ещё не родившемуся плоду человека грозят два вируса - краснухи и
цитомегалии, которые передаются внутриутробно и очень опасны. Ново-
рождённые и грудные младенцы ещё более уязвимы: им угрожают вирусы
герпеса 1-го и 2-го типа и вирус гепатита. Также подстерегают их но-
вые опасности - грипп, различные ОРЗ, полиомиелит, острые гастроэн-
териты.
Таблица
---------------------T------------T---------------------------------
Основные семейства, Вероятность Болезни, вызываемые вирусами
роды вирусов, встречи с
отдельные вирусы вирусами(%)
L--------------------+------------+----------------------------------
2ДНК - содержащие вирусы
2Семейство вирусов0 неизвестно оспа человека и животных
2оспы0
2Семейство вирусов0 90-100
2герпеса0
Вирус герпеса 50-70 болезни глаз, слизистых оболочек,
тип 1 кожи: иногда опухоли и энцефалиты
Вирус герпеса 10-70
тип 2
Вирус ветрянной 100 ветрянная оспа
оспы
Цитомегаловирус 90 цитомегалия
Вирус Эпстайна-
Барра неизвестно опухали гортани
Гепадновирусы 10-15 гепатит В (сывороточной гепатит)
- 5 -
2Семейство адено-0
2вирусов0 90 острые респираторные заболевания,
болезни глаз
2Род папиллома-0
2вирусов0 50 бородавки
2Род полиома-0
2вирусов0 10-30 энцефалопатии, возможно опухали
2РНК - содержащие вирусы
2Семейство рабдо-0
2вирусов0 10-30 бешенство, везикулярный стоматит
2Семейство корона-0
2вирусов0 50-70 острые респираторные заболевания
2Семейство парамиксо-0
2вирусов0 100 острые респираторные заболевания
Вирус паротита 100 эпидемический паротит (свинка)
Вирус кори 100 корь
2Семейство ортомиксо-0
2вирусов0 100 грипп A, B, C
2Семейство бунья-0
2вирусов0 неизвестно энцефалиты, москитные лихорадки
2Семейство ретро-0
2вирусов0 неизвестно предполагаемые возбудители рака
саркомы, лейкозов
2Семейство рео-0
2вирусов0 20-50 острые респираторные заболевания
2Род ротавирусов0 100 острые гастроэнтериты
2Семейство тога-0
2вирусов0 неизвестно энцефалиты, геморрагические
лихорадки
2Род вирусов краснухи0 85
2Семейство пикорна-0 краснуха
2вирусов0 40-70
Энтеровирусы 40 полиомиелит
Вирусы Коксаки А и B 40 миокардиты
Риновирусы 70 острые респираторные заболевания
Вирусы гепатита А 40 гепатит А (инфекционный)
--------------------+------------+----------------------------------
Итак, вирусы являются постоянными спутниками человека от рождения
вплоть до глубокой старости. Считается, что при средней продолжи-
тельности жизни 70 лет около 7 лет человек болеет вирусными заболе-
ваниями. Подсчитано, что в среднем человек ежегодно сталкивается с 2
и более вирусными инфекциями, а всего за жизнь вирусы до 200 раз
проникают в его организм. К счастью, далеко не все встречи заканчи-
ваются болезнями, так как в процессе эволюции человеческий организм
научился успешно справляться со многими вирусами. 1.4 Полезные вирусы.
Существуют и полезные вирусы. Сначала были выделены и испытаны ви-
русы - пожиратели бактерий (бактериофаги). Однако последовали неуда-
чи. Это было связано с тем, что в организме человека бактериофаги
действовали на бактерии не так активно, как в пробирке. Кроме того,
бактерии очень быстро приспосабливались к бактериофагам и станови-
лись не чувствительными к их действию. После открытия антибиотиков
бактериофаги как лекарство отступили на задний план.
Полезными оказались вирусы поражающие позвоночных животных и насе-
комых. В 50-х годах 20 века в Австралии остро встала проблема с ди-
- 6 -
кими кроликами, которые быстрей саранчи уничтожали посевы сельскохо-
зяйственных культур и приносили огромный экономический ущерб. Для
борьбы с ними использовали вирус миксоматоза. Вирус полиэдроза и
гранулеза уничтожает гусениц и жуков, которые поедают полезные
листья.
1.5 Лечение вирусных инфекций.
Существуют три основных способа борьбы с вирусными заболеваниями -
вакцинация, применение интерферона и химиотерапия. Каждый из них
действует по-своему: вакцины включают систему иммунитета, интерферон
подавляет размножение вирусов, проникших внутрь клеток, а химиопре-
параты вступают с вирусами в единоборство и приостанавливают начав-
шееся заболевание.
Первый способ -2 вакцинация0. Суть его сводится к простой формуле
"Бей врага его же оружием". Вирус здесь вступает против вируса.
В 1796 году английский врач Э. Дженнер попробовал привить оспу ко-
ров (вакцину) здоровым людям, после этой процедуры они не заболевали
оспой. Тогда от оспы ежегодно умирали миллионы людей, и открытие
Дженнера было чрезвычайно важным.
В 1885 году французский учёный Л. Пастер изобрёл вакцину против
бешенства. После открытия вирусов вакцины из убитых или ослабленных
вирусов стали в промышленном масштабе. При введении в организм такие
вирусы не вызывают заболевания, но создают активный иммунитет к дан-
ному вирусу.
Второй способ -2 химиотерапия0. В отличие от вакцинации, её конечной
целью является не предупреждение, а лечение. Основная трудность, с
которой сталкиваются при разработке химиотерапии вирусных инфекций,
заключается в том, что вирусы размножаются внутри клеток, используя
их системы, в силу чего любое воздействие на синтез вирусов приводит
к нарушению обмена веществ клеток. В связи с этим большинство препа-
ратов, подавляющих размножение вирусов, параллельно угнетают жизне-
деятельность клетки-хозяина. Поэтому широко известные антибиотики и
антиметаболиты, обладающие выраженной способностью подавлять разви-
тие вирусов в пробирке, малоэффективны в условиях организма.
Третий способ -2 интерферон0. В отличие от вакцинации и от химиопре-
паратов, интерферон обладает универсально широким спектром действия
и активен практически против всех вирусов, он действует по принципу
стоп-сигнала и подавляет размножение вирусов, уже проникших внутрь
клеток. Ряд факторов показывает, что, если интерферон вырабатывается
организмом плохо, вирусные заболевания протекают тяжелее. Клиничес-
кие испытания интерферона показали, что он активен при острых респи-
раторных заболеваниях, особенно вызываемых риновирусами, то есть как
раз в тех случаях, когда вакцинация мало перспективна. Применение
интерферона оказалось эффективным и при герпетических поражениях ко-
жи, глаз и слизистых оболочек.
- 7 -
2. Бактерии.
Бактерии - широко распространённая в природе группа одноклеточных микроорганизмов с примитивной формой клеточной организации.
Интенсивное изучение биологических свойств бактерий и их рали в
биосфере началось в середине 19 в., когда появились работы французс-
кого учёного Л. Пастера, немецкого учёного Р. Коха и английского
учёного Д. Листера.
Большинство бактерий не имеют хлорофилла, то есть они не использу-
ют солнечную энергию в процессе обмена веществ, а получают энергию в
результате химических превращений неорганических или органических
соединений, имеющихся в среде их обитания. Бактерии широко распрост-
ранены в природе: их находят в почве, в воде, в растениях, в орга-
низме человека и животных. Они могут существовать в самых разных ус-
ловиях, часто неблагоприятных для жизни других организмов. Бактерии
играют огромную роль в формировании биосферы, в поддержании жизни на
нашей планеты, участвуя в круговороте энергии и веществ в природе.
Среди бактерий имеется относительно небольшое видов, способных вы-
зывать болезни человека, животных и растений. Потенциальная способ-
ность бактерий вызывать инфекционные заболевания называется болез-
нетворностью, или патогенностью. Некоторые бактерии являются условно
патогенными, так как их болезнетворность зависит от ряда условий, в
первую очередь от сопротивляемости организма, в котором эти бактерии
находятся.
2.1 Строение бактерий.
По форме бактерии делятся на три группы (рис. 3): шаровидные (кок-
ки), палочковидные (бактерии и бациллы) и извитые (вибрионы, спирил-
лы).
Размеры палочковидных бактерий могут быть от 1 до 8 микрометров
(мкм) в длину и от 0,5 до 2 мкм в ширину; средний диаметр шаровидных
0,5-1 мкм (1 мкм равен тысячной доле миллиметра).
Основные структурные элементы бактериальной клетки: оболочка, ци-
топлазма, нуклеоид (рис. 4). Содержимое её тела - протоплазма -
представляет собой желеобразный, вязкий раствор, в котором растворе-
ны различные органические и неорганические соединения и находится
- 8 -
множество мелких гранул.
Протоплазма, окруженная тонкой эластичной мембраной, образует про-
топласт. Толщина мембраны 7-10 нанометров (1 нм равен миллионной до-
ли миллиметра). Её основной компонент - сложные вещества, состоящие
из белков и жиров. Цитоплазматическая мембрана выполняет функцию мо-
лекулярного "сита": пропуская воду и небольшие молекулы некоторых
жирорастворимых веществ, она не пропускает другие низкомолекулярные
соединения, что поддерживает стабильность химического состава про-
топлазмы и защищает бактериальную клетку от попадания в неё вредных
веществ.
Снаружи цитоплазматическая мембрана окружена клеточной стенкой,
обеспечивающей постоянство форы бактерии. Эта стенка толще мембраны
(10-25 нм) и значительно прочнее её. Она имеет эластичные поры диа-
метром 1 нм, через которые свободно протекают относительно крупные
молекулы. Целостность клеточной стенки обеспечивает нормальную жиз-
недеятельность бактерии. Её ослабление или разрушение приводит к
проникновению в бактериальную клетку воды из окружающей среды, её
набуханию, а затем к разрыву цитоплазматической мембраны и вытеканию
содержимого протоплазмы. Этот процесс разрушения бактерии называется
лизисом. Основной компонент стенки - сложное соединение пептидогли-
кан, молекулы которого связаны друг с другом с помощью белковых мос-
тиков и образуют полимерную структуру.
Кроме цитоплазматической мембраны и клеточной стенки, многие бак-
терии окружены капсулой толщиной 0,2 мкм, представляющей
собой отно-
сительно плотный, желатинообразный материал, непосредственно приле-
гающей к клеточной стенки. Главный химический компонент капсулы -
полисахарид. Есть основание считать, что капсула защищает клетку от
действия антибактериальных агентов, способных повредить её стенку. У
некоторых патогенных бактерий (возбудителей сибирской язвы и чумы)
капсула содержит вещества, защищающие бактериальную клетку от фаго-
цитоза. Следовательно, капсулу у некоторых бактерий можно рассматри-
вать как один из факторов, определяющих их болезнетворность.
В отличие от клеток высших организмов в бактериальной клетке от-
сутствует дифференцируемое ядро, отделённое от цитоплазмы ядерной
- 9 -
мембраной. Его функции осуществляет находящийся в протоплазме нукле-
оид, представляющий собой замкнутую в кольцо двунитчатую спираль мо-
лекулу дезоксирибонуклеиновой кислоты - ДНК, свёрнутую в виде клуб-
ка. Функция молекулы ДНК бактерий аналогична функции хромосомы кле-
ток высших организмов, то есть в ней сосредоточена генетическая ин-
формация данной бактерии. Ядерное вещество легко обнаруживается при
электронной микроскопии ультратонких срезов бактерий.
В цитоплазме бактерии находится до 10 тысяч рибосом, представляю-
щих собой мелкие гранулы диаметром около 20 нм, с помощью которых в
бактериальной клетке осуществляется синтез белка. В ней содержатся
также различные включения (жиры, крахмал, гликоген, сера) - запас
питательных веществ, используемых бактерией.
Многие бактерии способны активно двигаться с помощью жгутиков,
своеобразных органов движения. Число жгутиков на поверхности клетки
колеблется от 1 до нескольких десятков. Способность бактерий к ак-
тивному движению, вероятно, помогает им быстрее поглощать вещества в
жидкой среде обитания. Есть доказательства, что многие бактерии дви-
гаются в сторону тех участков среды, где имеются наиболее благопри-
ятные условия для их существования, и удаляются от участков, в кото-
рых находятся вещества, вредно действующие на них. Подвижные бакте-
рии нуждаются в кислороде , двигаются к поверхности среды - месту
наивысшей концентрации растворимого кислорода. Можно предположить,
что активное движение помогает патогенным бактериям проникать через
вязкие, слизистые секреты, эпителиальные барьеры и распространяться
в жидкостях и тканях организма.
2.2 Размножение бактерий.
Большинство бактерий размножаются путём деления, которому пред-
шествует рост бактерии, то есть увеличение массы её клетки. Обычно
палочковидные бактерии в длину увеличиваются в двое, и после дости-
жения ими определённого размера посередине клетки возникает попереч-
ная перегородка, состоящая из цитоплазматической мембраны и клеточ-
ной стенки. Такой способ деления называется поперечным. Образовавши-
еся дочерние клетки по своим свойствам полностью подобны материнской
клетке, из которой они возникли.
Для того чтобы бактерии могли расти и размножатся, среда их обита-
ния должна содержать необходимые источники углерода, азота, энергии,
определённой солевой набор, иметь оптимальную температуру. Для боль-
шинства патогенных бактерий она равна 375о0.
В лабораторных условиях для выращивания бактерий используют ис-
кусственные субстраты, так называемые питательные среды. Скорость
размножения бактерий в этих средах очень велика. Примерно каждые 20
минут бактерия делится, давая две дочерние клетки. Следовательно, из
одной клетки, культивируемой в хорошей питательной среде, через 10
часов образуется 1 млд. потомков. Если бы процесс размножения в пи-
тательной среде не был ограничен, то через 24 часа число потомков
одной бактерии равнялось 105210 клеток, а их масса составила бы при-
мерно 4000 тонн. В действительности же в питательной среде высокая
скорость деления клеток наблюдается лишь небольшой период времени с
момента внесения в неё бактерии. Это происходит потому, что очень
быстро истощаются питательные вещества среды и в ней накапливаются
продукты обмена, неблагоприятно действующие на бактерии. Скорость
размножения патогенных бактерий в организме значительно меньше, чем
в искусственной питательной среде.
2.3 Физиология бактерий.
По химическому составу бактерии не отличаются от клеток других ор-
ганизмов. Бактериальная клетка содержит 70-85% воды. Около 90% сухо-
го остатка составляют высокомолекулярные соединения: нуклеиновые
- 10 -
кислоты (10%), белки (40%), полисахариды (15%), пептидогликан (10%)
и липиды (15%); остальные 10% приходятся на моносахара, аминокисло-
ты, азотистые основания, неорганические соли и другие низкомолеку-
лярные соединения. Во всех процессах жизнедеятельность бактерий, как
и других организмов, участвуют многочисленные ферменты. Одни из них
(эндоферменты) функционируют только внутри клетки, обеспечивая про-
цессы синтеза, дыхания и тому подобное. Другие (экзоферменты) выде-
ляются бактериями в окружающую среду. Необходимые бактериям высоко-
молекулярные соединения синтезируются из небольших молекул, проника-
ющих в клетку через цитоплазматическую. мембрану Белки, полисахари-
ды, липиды могут быть использованы бактерией как источник питания
лишь после их расщепления экзоферментами - до аминокислот, моносаха-
ров и др.
Для нормальной жизнедеятельности бактерия должна быть обеспечена
источниками углерода и азота. Одни виды бактерий (афтотрофы) исполь-
зуют неорганический углерод, другие (гетеротрофы), в число которых
входят и патогенные бактерии, используют органические соединения.
Гетеротрофные бактерии в свою очередь разделяются на сапрофитов, пи-
тающихся органическими соединениями внешней среды, и паразитов, жи-
вущих за счёт другого организма.
Различные бактерии неодинаково относятся к наличию или отсутствию
свободного кислорода. По этому признаку они делятся на три группы:
аэробы, анаэробы и факультативные анаэробы. Строгие аэробы, например
синегнойная палочка, могут развиваться лишь при наличии свободного
кислорода. Анаэробы, например возбудители газовой гангрены, столбня-
ка, развиваются без доступа свободного кислорода, присутствие кото-
рого угнетает их жизнедеятельность. Наконец, факультативные анаэро-
бы, например возбудители кишечных инфекций, развиваются как в кисло-
родной, так и в бескислородной среде.
Аэробность или анаэробность бактерий обусловливается способом по-
лучения ими энергии, необходимой для обеспечения процессов жизнедея-
тельности. Некоторые бактерии (фотосинтезирующие) способны, подобно
растениям, использовать непосредственно энергию солнечного света.
остальные (хемосинтезирующие) получают энергию в ходе различных хи-
мических реакций. Существуют бактерии (хемоафтотрофы), окисляющие
неорганические вещества (аммиак, соединения серы и железа и др.). Но
для большинства бактерий источником энергии служат превращения орга-
нических соединений: углеводов, белков, жиров и др. Аэробы использу-
ют реакции биологического окисления с участием свободного кислорода
(дыхание),
в результате которых органические соединения окисляются
до углекислого газа и воды. Анаэробные получают энергию при расщеп-
лении органических соединений без участия свободного кислорода. Та-
кой процесс называется брожением. При брожении, кроме углекислого
газа, образуются различные соединения, например спирты, ацетон и др.
В процессе жизнедеятельности бактерии образуют биологически актив-
ные вещества - ферменты, антибиотики, пигменты, летучие ароматичес-
кие соединения, токсины и др.
2.4 Антибактериальные химиотерапевтические агенты.
Химические соединения, используемые для дезинфекции, хотя и обла-
дают высокой антибактериальной активностью, не могут из-за их ток-
сичности применяться в лечебных целях. Для этого пригодны антибакте-
риальные химиотерапевтические средства. Они способны убивать бакте-
рий или угнетать их жизнедеятельность, не оказывая при определённых
дозах токсического влияния на ткани или организм в целом, то есть
действие их должно быть изобретательным, направленным против бакте-
рии или другого микроорганизма.
Кроме химических соединений, мощными антибактериальными средствами
являются1 антибиотики0 - химиотерапевтические препараты естественного
- 11 -
происхождения, синтезируемые микроорганизмами.
Теоретические основы химиотерапии и вопросы её практического ис-
пользования при лечении инфекционных заболеваний были разработаны в
начале века немецким учёным П. Эрлихом, который открыл органические
соединения мышьяка, активные при лечении сифилиса. Однако долгие го-
ды не удавалось найти химиотерапевтические средства для лечения для
лечения бактериальных инфекций. Дальнейшее развитие химиотерапии
связано с открытием сульфаниламидов. Применение сульфаниламидов не
только обогатило медицину новыми по тому времени химиотерапевтичес-
кими средствами, но и вызвало к жизни новое направление поиска анти-
бактериальных химиотерапевтических средств. Это направление возникло
в результате изучения механизма действия сульфаниламидов на бактери-
альную клетку. Было установлено, что по химической структуре сульфа-
ниламид подобен парааминобензойной кислоте - одному из важных проме-
жуточных продуктов (метаболитов), участвующих в синтезе нуклеиновых
кислот. Из-за химического подобия сульфаниламид действует как анти-
метаболит парааминобензойной кислоты: включаясь вместо неё в биохи-
мические процессы, но не заменяя её, сульфаниламид нарушает синтез
нуклеиновых кислот в бактериальной клетке. Исходя из этих данных,
было сформулировано положение, что среди антиметаболитов других био-
химических процессов окажутся лечащие антибактериальные средства.
Однако проблема получения новых лекарственных средств против бакте-
риальных инфекций, принцип действия которых основан на конкуренции
метаболита с важным для клетки метаболитом, оказалось значительно
сложней, чем предполагалось. Это связано с тем, что синтезированные
антиметаболиты подавали обмен веществ не только у бактерий, но и в
тканях организма. Таким образом, проблема свелась к поиску реакций
обмена веществ, специфичных для бактерий и отсутствующих в клетках
организма человека или животного.
Биохимические реакции, присущи лишь бактериям, были обнаружены в
процессе синтеза клеточной стенки, в частности при образовании пеп-
тидогликана. Некоторые антибиотики (пенициллин, циклосерин) эффек-
тивные как антибактериальные средства, воздействуют на процесс фор-
мирования клеточной стенки, нарушая синтез пептидогликана, входящего
в его состав, что приводит к лизису бактерий. Другие бактерии - тет-
рациклин, левомицетин, стрептомицин и другие - способны нарушать
синтез белков в бактериальных клетках. Первым препаратом этой груп-
пы, нашедшим применение в клинике, был стрептомицин. Оказалось, что
он способен изобретательно объединяться с рибосомами клеток организ-
ма-хозяина. В результате "точность" рибосом бактерии в процессе син-
теза белка нарушается, что приводит к "порче" синтезируемых белков и
гибели бактерии. Неомицин, канамицин, левомицетин и эритромицин так-
же взаимодействуют с рибосомами бактериальной клетки. Тетрациклин
нарушает присоединение информационной РНК к рибосомам. Лечащее дейс-
твие упомянутых антибиотиков определяется их специфичностью, то есть
относительно низкой способностью влиять на эти же процессы в клетках
высших организмов.
2.5 Устойчивость бактерий к факторам окружающей среды.
На жизнедеятельность бактерий влияют температура, влажность, уль-
трафиолетовое излучение. К низким температурам бактерии устойчивы,
некоторые выживают даже при -1905о0, а споры при -2535о0. К высоким тем-
пературам бактерии высокочувствительные. Не спорообразующие бактерии
погибают при температуре 60-705о0, спорообразующие - при прогреве выше
1005о0. Разные виды бактерий по-разному переносят высушивание: одни
(например гонококки) очень быстро погибают, другие в этих же услови-
ях выживают. Так, палочка дизентерии при высушивании остаётся жиз-
неспособной 7 суток, дифтерии - 30 суток, брюшного тифа - 70 суток,
- 12 -
туберкулёза - 90 суток, споры бацилл сибирской язвы - до 10 лет.
Бактерии чувствительны к ультрафиолетовому излучению и прямому сол-
нечному свету.
2.6 Болезнетворность бактерий.
Из огромного количества бактерий, обнаруженных в природе, лишь не-
большое число видов являются патогенными. Болезнетворность бактерий
определяется их способностью преодолевать защитные барьеры организ-
ма, внедрятся в его ткани и выделять токсические вещества.
При ряде заболеваний (дифтерия, столбняк и др.) общее тяжёлое по-
ражение организма не сопровождается распространением бактерий-возбу-
дителей из места их первичного внедрения. Например, при дифтерии
возбудитель обнаруживается в носоглотке и трахее, а поражёнными ока-
зываются сердечная мышца, нервы, надпочечники. Изучение причины это-
го явления привело к заключению, что токсин, вырабатываемый возбуди-
телем болезни, всасывается в кровь и транспортируется в разные орга-
ны и ткани. В питательной среде или в организме бактерия в период её
активного роста выделяется в среду обитания токсин - экзотоксин.
Кроме дифтерийной палочки, экзотоксины образуются возбудителями
столбняка, газовой гангрены, одним из возбудителей дизентерии и др.
Экзотоксины представляют собой чувствительные к нагреванию белки с
высоким молекулярным весом. Они очень ядовиты, способны отравить бо-
лее 5 миллионов литров воды.
Действие токсинов как биологически активных веществ подобно дейс-
твию ферментов, и некоторые экзотоксины в самом деле являются бакте-
риальными ферментами, а другие могут взаимодействовать с ферментами
клеток. Нейротоксин, синтезируемый дизентерийный бактерией, первично
поражает мелкие сосуды головного и спинного мозга, что ведёт к нару-
шению функций центральной нервной системы. Холерный экзотоксин вызы-
вает повышенную секрецию жидкости в тонкой кишке.
Важное практическое значение имеет установление факта, что
под
действием формальдегида, не влияющего на антигенность, экзотоксины
теряют ядовитость. В результате токсин превращается токсоид, который
применяют для иммунизации организма с целью создания в нём невоспри-
имчивости к данному токсину.
Ряд бактерий (кишечные палочки, большинство возбудителей дизенте-
рии, гонококки и др.) не синтезируют экзотоксины, и отравляющее
действие этих бактерий на организм связано с эндотоксинами - сложны-
ми соединениями, в молекулу которых входят фосфолипид, полисахарид и
белок.
Фактором болезнетворности некоторых бактерий (палочек сибирской
язвы, чумы, коклюша и др.) оказалась капсула. Разрушение её путём
обработками ферментов или другими соединениями, а также в результате
соответствующих мутаций, приводящих к нарушению синтеза капсулы,
резко снижает болезнь. Это выражается в том, что для развития смер-
тельного заболевания у подопытного животного ему необходимо ввести
во много тысяч раз больше бескапсульных бактерий, чем бактерий, име-
ющих капсулу. Капсула защищает бактерию от фагоцитоза, но механизм
её защитного действия не совсем ясен. Предполагают, что электричес-
кий заряд поверхности капсулы препятствует возникновению физического
контакта фагоцита с бактерией.
Кроме токсинов и капсулы, у некоторых бактерий обнаружены и другие
факторы, определяющие их болезнетворность. К их числу относится фер-
мент гиалуронидаза, продуцируемый гноеродным стрептококком и раство-
ряющий основное вещество соединительной ткани - гиалуроновую кисло-
ту, что облегчает распространения бактерий в тканях. Патогенные ста-
филококки синтезируют другой фермент - коагулазу, который, вероятно,
является одним из факторов болезнетворности этих бактерий. Коагулаза
- 13 -
действует подобно тромбину вызывая образование сетки фибрина вокруг
стафилококка препятствует таким образом фагоцитозу.
3. Проблемы СПИДа.
СПИД - синдром приобретенного иммунодефицита. Существуют несколь-
ко вирусов иммунодефицита человека: ВИЧ-1, обнаруженный у людей в
большинстве стран мира, и ВИЧ-2, обнаруженный в Западной Африке.
СПИД вызывает вирус, идентифицированный как ВИЧ - вирус иммунодефи-
цита чело века.
История возникновения СПИДа говорит о том, что сегодняшняя эпиде-
мия новая. Возможно и раньше встречались отдельные случаи СПИДа. В
начале 80-х врачи в США, Европе и Африке стали замечать особую ком-
бинацию симптомов и течение болезней, ранее не встречавшихся. Это
их удивляло, потому что: - серьезные заболевания, от которых люди
умирали, возникали раньше только у тех, у которых была ослаблена
иммунная система, например у больных раком или страдающих хроничес-
ким недоеданием; - симптомы обычно легко протекающих заболеваний,
таких как герпес или обычные стоматиты и молочницы, приобретали
очень серьезный характер, поражали все тело и часто встречались в
необычных комбинациях; - заболевание поражало ранее здоровых, силь-
ных и молодых людей.
Специалисты заметили, что на Западе такие проявления зоболеваний
встречались преимущественно у гомосексуалистов, в Африке - и у муж-
чин и у женщин. Затем болезнь проявлялась у тех, кому делали пере-
ливание крови и внутривенные вливания, а также у младенцев, родив-
шихся у матерей, заболевших СПИДом. Это навело на мысль, что забо-
левание вызвано каким-то вирусом, циркулирующим в крови, а также
передающимся половым путем.
Начались поиски этого вируса и был обнаружен ВИЧ. ВИЧ был найден
у зараженных людей в крови, сперме, выделениях из влагалища. Это
белые кровяные тельца - лимфоциты и макрофаги.
Лимфоциты ВИЧ-1 разрушает, а заражённые макрофаги не погибают,
но становятся резервуарами инфекции. Она начинается, кода вирус
прилипает к белку-рецептору, расположенному на поверхности клеток-
мишеней.
Особенности ретровирусов (к этому классу относится ВИЧ) заключа-
ется в том, что их гены закодированы в РНК, а не в ДНК, как обычно.
Вирусная РНК, попадая в клетку-жертву, с помощью особого фермента
трансформируется в ДНК (провирус). Вирусная генетическая информация
в форме двух цепочек ДНК, то есть в той же, в какой хранят клетки-
мишени свои гены, включается в их ДНК. Теперь каждый раз, когда
клетка будет делится, вирусная ДНК будет дублироваться. Так инфек-
ция становится постоянной. Но даже если клетка не производит вирус-
ных частиц, она всегда остаётся банком "спящих" генов ретровирусов.
Число заболевших СПИДом стало увеличиваться с 1980 года каждые 8
месяцев в два раза в тех странах, где был впервые обнаружен этот
вирус. Болезнь распространилась практически во все страны мира.
Ранние исследования говорят о том, что вирус возник в Центральной
Африке, затем перебрался на Гаити, и через гомосексуалистов был
привезен в США. Эта версия была зафиксирована в официальных доку-
ментах, хотя позже было установлено, что это необоснованно. Число
людей, впервые заболевших СПИДом в Африке, вначале было преувеличе-
но, так как тесты на наличие вируса часто давали ложные результаты.
Не установлено, откуда пришел ВИЧ. Предполагают, что самый ранний
случай появления ВИЧ был зарегистрирован в 1969 году в США у маль-
чика, умершего от иммунодефицита. Исследования его законсервирован-
ной крови и тканей показало наличие антител к ВИЧ.
- 14 -
3.1 Заражение ВИЧом.
Не так-то просто заразиться ВИЧ. ВИЧ не разносится по воздуху и
не может проникнуть в наш организм капельным путем, как в кровь.
Существует четыре основных пути передачи ВИЧ:
- при половом акте с человеком, зараженным ВИЧ;
- при переливании крови, зараженной ВИЧ;
- внутриутробно от зараженной матери к ребёнку;
- при наличии зараженной крови на медицинских инструментах, в шпри-
цах и т.д.
Наибольшее количество ВИЧ находится в крови, сперме и влагалищном
секрете. От зараженного человека ВИЧ проникает в лейкоциты пока еще
здорового человека. Человек может заразится ВИЧ только в том слу-
чае, если инфицированная кровь, сперма и влагалищный секрет попада-
ют непосредственно в кровь или на слизистые оболочки здорового че-
ловека. Причем заражение вирусом, попавшем на кожу и слизистые,
произойдет только в том случае, если на них есть повреждения (цара-
пины, порезы, потёртости).
3.2 -Клинические сим0п-томы СПИДа.
Заражение здорового человека ВИЧ не всегда проявляется клиничес-
кими симптомами и, как правило, человек долго чувствует себя прак-
тически здоровым, оставаясь вирусоносителем.
Примерно через три месяца у людей, зараженных ВИЧ, уже можно ла-
бораторно определить антитела к вирусу.
Клинические проявления СПИДа появляются после заражения через 6
месяцев или даже несколько лет. Однако эти симптомы характерны не
только для СПИДа, а присущи многим заболеваниям: рак, пневмония,
диарея и т.д.
После исключения этих заболеваний врач может поставить диагноз
СПИДа, если у пациента проявляется два и более основных симптомов и
как минимум один второстепенный.
2Основные клинические симптомы СПИДа:
- потеря веса более, чем на 10%
от прежнего веса;
лихорадка, длящаяся более месяца;
- понос, длящийся более месяца (с перерывами или постоянно);
- сильная утомляемость и слабость.
2Второстепенные клинические симптомы:
- кашель, продолжающийся более одного месяца;
- стоматит;
- язвенные поражения кожи;
- опоясывающий лишай;
- увеличение лимфоузлов одной или нескольких групп (исключая пахо-
вые) в течение трех месяцев.
В конечной стадии болезни иммунная система человека окончательно
разрушается. Организм становится восприимчивым к различным заболе-
ваниям, которые, как правило, имеют летальный исход.К ним относятся
следующие заболевания:
- легочные заболевания;
- инфекционные заболевания головного мозга, сопровождающиеся нару-
шениями интеллекта и сильными головными болями;
- кишечные инфекции, которые сопровождаются длительной диареей;
- рак, особенно рак кожи, который называется саркомой Капоши.
Около половины людей, у которых диагностирован СПИД, умирает че-
рез два года после постановки клинического диагноза. По данным США,
15% больных прожили только до 5 лет.
Через какое время человек, зараженный ВИЧ, может заболеть СПИДомНекоторые люди, зараженные ВИЧ, могут вообще никогда не заболеть
СПИДом. С 1980 года, когда был обнаружен СПИД, еще не установлен
- 15 -
процент людей, у которых развилась болезнь за 10 или 20 лет. Можно
отметить, что каждый год у 12% людей, зараженных ВИЧ, проявляются
лишь симптомы заражения, а у 2-9% развивается СПИД. Люди, заражен-
ные ВИЧ, заболевают СПИДом в среднем через 8 лет.
3.3 -Препараты для борьбы против СПИДа.
Американские исследователи обнаружили, что ВИЧ-1 может активизи-
роваться, если повреждается его ДНК, включённая в геноме клеткими-
шени. Повреждающими агентами были ультрафиолет, некоторые препараты
- то есть они могут разбудить дремлющую в организме инфекцию.
По мнению учёных, именно способность генома ВИЧ проникать в хро-
мосомы клетки-хозяина делает невозможным создание вакцины с исполь-
зованием полного вируса. Скорее всего в такой вакцине должны быть
части вируса в определённой комбинации, но опыта создания подобных
препаратов в мире практически нет.
Несмотря на регулярно появляющиеся сообщения, что лекарство от
СПИДа найдено, они, как правило, оказываются мыльными пузырями.
Единственное действующее средство, позволяющее поддерживать боль-
ных, продлевать им жизнь, это АЗТ (азидотимидин, препарат, создан-
ный как антираковый). Потом японские учёные обнаружили, что в соче-
тании с декстран-сульфатом действие АЗТ усиливается.
Новые препараты для борьбы против СПИДа разработала южнокорейская
компания "Сонген индастриз".
На создание препаратов - химических компонентов, получивших кодо-
вые наименования Эс-Кей-Ай 1694, 1695, 1703, 1723, ушло около 1,3
млн долларов и два года исследований фармацевтической группы во
главе с доктором Ким Дэ Ги. Лабораторные испытания показали способ-
ность препаратов замедлять развитие не излечимого пока заболевания
в организме человека в большей степени, чем при применении азидоти-
мидина - наиболее широко используемого средства против СПИДа. "Сон-
ген индастриз" уже запатентовала полученные ею химикаты, которые
могут быть использованы в производстве лекарств в 20 странах мира,
включая США и Японию, надеясь выбросить их на международный рынок к
1998 году. По словам представителей компании, до того, как будет
налажен массовый выпуск медикаментов, на их испытаниях на инфициро-
ванных пациентах уйдёт три года.
В Южной Корее это уже не первая попытка найти панацею от "чумы XX
века". В прошлом году здешние специалисты предложили использовать
для лечения больных СПИДом порошок из красного женьшеня - разновид-
ности "корня жизни", произрастающего в диком виде в Центральных ра-
йонах Корейского полуострова. Ученые Государственного института
здравоохранения Республики Корея установили возможность замедления
развития синдрома иммунодефицита с помощью комбинированного исполь-
зования этого средства с азидотимидином.