Morphologie und Physiologie der Mikrobiologie von Viren. Viren. Morphologie und Physiologie von Viren. Struktur komplexer Viren

Viren sind die kleinsten aller Mikroorganismen. Sie werden in Millimikron und Angström gemessen. Zur Bestimmung dieser Partikelgrößen werden verschiedene Methoden eingesetzt. Dabei wird eine Virensuspension durch spezielle Kollodiumfilter geleitet, die sehr kleine Poren einer bestimmten Größe aufweisen. Die Filtration erfolgt über mehrere Filter mit unterschiedlichen Porengrößen. Der Unterschied zwischen den Porendurchmessern des letzten Filters, der Viruspartikel durchgelassen hat, und des Filters, der keine Viruspartikel mehr durchgelassen hat, gibt die durchschnittliche Größe der Viruspartikel an. Bei der Ultraho(50 oder mehrtausend Umdrehungen pro Minute) wird die Größe der Viruspartikel durch eine spezielle Formel bestimmt, die von der Anzahl der Umdrehungen und der Sedimentationszeit der Partikel abhängt. Gleichzeitig wird das Virus von Fremdstoffen gereinigt. Wählen Sie dazu die Geschwindigkeit aus, mit der Fremdpartikel herausfallen, zuerst die große und dann die kleinste. Bei der höchsten Geschwindigkeit werden nur Viruspartikel gewonnen.

Der Mensch sah Viren erst nach 1940, als das Elektronenmikroskop gebaut und verbessert wurde. Mit einer zehn- und hunderttausendfachen Vergrößerung war es möglich, Form, Größe und Struktur der Partikel einiger Viren zu untersuchen.

Es wurde festgestellt, dass sowohl die Größe als auch die Form einzelner Individuen (Elementarteilchen) verschiedener Virenarten recht unterschiedlich sind. Es gibt große Viren (zum Beispiel Ornithosevirus, Pocken, Trachom usw.), mittelgroße Viren (Influenza, Pest, Tollwut) und kleine (Poliomyelitisvirus, Masern, Maul- und Klauenseuche, Enzephalitis, Viren). viele Pflanzen). Die Tabelle zeigt die mit verschiedenen Methoden bestimmten Größen einiger Viren in Millimikron (nach V. M. Zhdanov und Shen).

Die größten Viren ähneln in ihrer Größe den kleinsten Bakterien und die kleinsten Viren ähneln großen Proteinmolekülen.

Einige Viren haben eine kugelförmige Form (Influenzavirus), andere eine quaderförmige Form (Pockenvirus) und wieder andere eine stäbchenförmige Form. Das Tabakmosaikvirus (TMV) hat das Aussehen eines dünnen sechseckigen Stabes mit einer Länge von 300 mm und einem Durchmesser von 15 mm.

Bei vielen Virusinfektionen (Pocken, Tollwut, Trachom usw.) werden spezielle intrazelluläre Körper – Einschlüsse – im Zytoplasma oder Zellkern der Wirtszelle beobachtet. Sie sind ziemlich groß und können mit einem Lichtmikroskop gesehen werden.

In den meisten Fällen handelt es sich bei Einschlüssen um eine Ansammlung von Elementarkörperchen, Viruspartikeln, wie eine Kolonie davon. Ihre Anwesenheit in Zellen hilft bei der Diagnose bestimmter Krankheiten.

Eine der besonderen Eigenschaften vieler Pflanzenviren ist ihre Fähigkeit, Kristalle zu bilden. D. I. Ivanovsky war der erste, der Einschlüsse in von TMV befallenen Tabakblättern beobachtete, die heute Ivanovsky-Kristalle genannt werden. Sie bestehen aus Elementarpartikeln des Tabakmosaikvirus. Viruskristalle können aufgelöst werden, genau wie Zucker und Salz aufgelöst werden. Dieses Virus kann in einem amorphen, nichtkristallinen Zustand aus einer Lösung isoliert werden. Der Niederschlag kann wieder aufgelöst und dann wieder in Kristalle umgewandelt werden. Wenn Sie das Kristallvirus tausendmal auflösen, verursacht ein Tropfen einer solchen Lösung eine Mosaikkrankheit in der Pflanze. Kristalle des Poliovirus wurden bisher aus menschlichen und tierischen Viren gewonnen. Jeder Kristall besteht aus Millionen viraler Partikel.

Die chemische Zusammensetzung von Viren wurde hauptsächlich im Erreger des Tabakmosaiks untersucht. Dieses Virus ist ein reines Nukleoprotein, d. h. es besteht aus Protein und Nukleinsäure. Das virale Nukleoprotein des Tabakmosaiks hat ein enormes Molekulargewicht (40-50 Millionen).

Das Viruspartikel hat eine komplexe Struktur. Die Nukleinsäure befindet sich im Inneren des Viruspartikels und ist von einer Proteinhülle umgeben. Ein Viruspartikel enthält normalerweise ein Nukleinsäuremolekül.

Pflanzenviren enthalten Ribonukleinsäure, Phagen enthalten Desoxyribonukleinsäure. Menschliche und tierische Viren enthalten entweder RNA oder DNA. RNA kommt in Influenzaviren (1,6 %), Polio (24 %), Tabaknekrose (18 %), Tabakmosaik (6 %), Maul- und Klauenseuche (40 %), Rous-Sarkom (10 %) usw. vor ist in Vacciniaviren (6 %), Papillomviren (6,8 %), Herpesviren (3,8 %), Polyomaviren (12 %) usw. enthalten.

Nun wird intensiv untersucht, wie Protein und Nukleinsäure zusammenhängen und wie sie zusammenpassen. Um dieses Problem zu lösen, wird die Methode der Röntgenkristallographie eingesetzt. Wenn das Viruspartikel Untereinheiten enthält, kann diese Methode sowohl deren Anzahl als auch deren relative Position bestimmen. Es stellte sich heraus, dass die meisten Viren durch eine regelmäßige, hochgeordnete Anordnung der Elemente des Viruspartikels gekennzeichnet sind.

Beim Poliovirus ist die Nukleinsäure zu einer Kugel zusammengerollt; die Proteinhülle besteht aus 60 identischen Untereinheiten, die in 12 Gruppen zu je 5 Untereinheiten zusammengefasst sind. Das Viruspartikel hat eine Kugelform.

Die Nukleinsäure des Tabakmosaikvirus hat die Form einer Spirale oder Feder. Auch die Proteinhülle von TMV besteht aus einzelnen Proteinuntereinheiten, die in Form und Größe identisch sind. Insgesamt sind 2200 Untereinheiten in 130 Windungen um den Nukleinsäurekern angeordnet. Das Molekulargewicht einer solchen Untereinheit beträgt 18.000. Jede Untereinheit ist eine Peptidkette mit 158 spezifischen Aminosäuren, und die sequentielle Anordnung dieser Aminosäuren wurde bereits bestimmt. Derzeit wird die Abfolge der 6500 Nukleotide, aus denen die Nukleinsäure besteht, intensiv untersucht. Wenn dieses Problem gelöst ist, wird der Plan bekannt, der die Art des in einer infizierten Zelle produzierten Virus bestimmt. Andere kleine Pflanzenviren haben eine ähnliche Struktur wie TMV- und Poliopartikel.

Größere Viren verfügen neben der Nukleinsäure- und Proteinhülle auch über Außenhüllen, die Proteine, Lipoide und Kohlenhydrate enthalten. Einige Viren enthalten Enzyme. So verfügt das Influenzavirus über das Enzym Neuraminidase, das Parainfluenzavirus über Sendai-Lysin und das Vogelmyeloblastosevirus über Adenovintriphosphatase. Diese Enzyme lösen die Zellmembran auf, damit das Virus in den Körper seines zukünftigen Wirts eindringen kann.

Im freien Zustand, in der äußeren Umgebung außerhalb einer lebenden Zelle, zeigen Viren keine Aktivität, sie behalten nur ihre Lebensfähigkeit, manchmal für lange Zeit. Doch sobald Viren auf empfindliche Zellen treffen, werden sie aktiv, dringen in sie ein und zeigen alle Anzeichen lebenswichtiger Aktivität.

Bisher bestand die einzige Methode zur Untersuchung der Lebensaktivität von Viren darin, anfällige Versuchstiere zu infizieren: Mäuse, Kaninchen, Affen usw. Es ist bequemer und wirtschaftlicher, Viren im sich entwickelnden Embryo eines Hühnereies zu züchten. Das virushaltige Material wird dem Embryo am 8.-12. Tag seiner Entwicklung mit einer Spritze injiziert. Nachdem sich der Embryo einige Tage lang im Thermostat befindet, werden die durch das Virus verursachten pathologischen Veränderungen im Embryo untersucht. Anschließend werden sie auf einen frischen Embryo einer anderen Eizelle übertragen. In letzter Zeit hat sich die Methode der einschichtigen Kultur aus isolierten tierischen Gewebezellen am weitesten verbreitet. Zerkleinertes Frischgewebe wird mit dem Enzym Trypsin behandelt, das interzelluläre Verbindungen zerstört. Die freigesetzten Zellen werden von Trypsin gewaschen, mit einer Nährstoffzusammensetzung (Nr. 199, enthält die notwendigen Aminosäuren und Salze) verdünnt und in Reagenzgläser oder spezielle flache Schalen gegeben. Im Thermostat vermehren sich die Zellen und bilden eine einschichtige Schicht auf dem Glas. Dann wird diese Kultur homogener Zellen mit einem Virus infiziert und die darin ablaufenden Prozesse werden unter einem Mikroskop oder auf andere Weise untersucht. So wurde eine arbeitsintensive und teure Methode, beispielsweise die Kultivierung des Poliovirus auf der Leber von Affen, durch eine schnelle Methode der Züchtung in Gewebekultur ersetzt.

Im Jahr 1955 und später wurden ungewöhnliche Fakten bekannt, die bei Biologen für Verwirrung sorgten. Chemisch gesehen wurde das Tabakmosaikvirus in seine Bestandteile unterteilt: Protein und Nukleinsäure. Jeder von ihnen verursachte für sich genommen keine Mosaikkrankheit in Tabakblättern. Als sie aber erneut in einem Reagenzglas zusammengegeben wurden (10 Teile Protein und 1 Teil Nukleinsäure) und Tabakblätter mit dieser Mischung infizierten, erhielten sie ein typisches Mosaik auf den Blättern, wie beim ursprünglichen ganzen TMV. Elektronenmikroskopisch wurden typische Virusstäbchen entdeckt, die aus einer Proteinhülle bestehen, in der ein Nukleinsäurestrang eingeschlossen ist. Dadurch kontaktierte die Nukleinsäure den Proteinteil und nahm darin ihre normale Position ein. Die Entdeckung dieses Phänomens – des Wiederauftretens von Viren – ist die größte Errungenschaft der modernen Mikrobiologie und eröffnet neue Wege in Biologie und Medizin.

Darüber hinaus stellte sich heraus, dass es ausreichte, ein Tabakblatt sanft mit nur einer aus TMV isolierten Nukleinsäure zu reiben, und auf dem Blatt traten typische Nekrosen auf (natürlich nicht in großen Mengen), in denen es große Mengen gab Menge typischer ganzer Viruspartikel.

Die gleichen Ergebnisse wurden mit menschlichen Viren erzielt: Polio, Influenza usw.

Aus dem Protein eines Virustyps und der RNA eines anderen Virustyps wurde sogar ein hybrides Tabakmosaikvirus gewonnen, das sich in einigen Merkmalen vom ersten Virustyp unterschied. Bei der Vermehrung brachte dieses Hybridvirus nur Nachkommen des Virus hervor, dessen RNA das Hybrid enthielt.

All diese Fakten weisen darauf hin, dass Nukleinsäuren eine führende Rolle bei der Vermehrung von Viren und ihrer Infektiosität spielen. Nukleinsäuren sorgen für die Übertragung erblicher Eigenschaften. Säuren enthalten Erbinformationen für die Synthese vollständiger Viruspartikel im Inneren der Zelle.

Die Proteinhülle des Virus hat eine Schutzfunktion und schützt den fragilen Nukleinsäurestrang vor äußeren Einflüssen. Darüber hinaus hilft sie dem Virus, in die Zelle einzudringen, und bestimmt die Spezifität von Viren. Einige Wissenschaftler halten es jedoch nicht für möglich, die Bedeutung von Proteinen auf diese Weise einzuschränken. Weitere Forschung zur Rolle viraler Proteine ist erforderlich.

Der Prozess der Vermehrung von Viren unterscheidet sich grundlegend vom Prozess der Vermehrung von Bakterien, Protozoen und anderen zellulären Organismen.

Es gibt vier Phasen dieses Prozesses: Anheften von Viruspartikeln an die Wirtszelle, Eindringen des Virus in die Zelle, intrazelluläre Reproduktion des Virus und Freisetzung neuer Viruspartikel aus der Zelle.

Die erste Phase – die Anheftung oder Adsorption des Virus an die Zelle – wurde im Zusammenhang mit Influenza- und Polioviren untersucht. Die Zellwand hat eine Mosaikstruktur, an einigen Stellen befinden sich Moleküle von Mukoproteinen, an anderen Moleküle von Lipoproteinen. Das Influenzavirus wird an Mukoproteinen adsorbiert, und das Poliovirus wird an Lipoproteinen adsorbiert. Die Adsorption kann mit einem Elektronenmikroskop beobachtet werden. An der Stelle der Virusadsorption an der Zellwand bildet sich eine Vertiefung, in die das Viruspartikel hineingezogen wird. Die Ränder der Höhle schließen sich und das Viruspartikel gelangt in die Zelle (Viropexis). Gleichzeitig mit der Viropexis wird die Proteinhülle des Virus zerstört. Das Eindringen des Influenzavirus in die Zelle wird durch ein Enzym in seiner Hülle erleichtert. So dringt Nukleinsäure in die Zelle ein und wird mit Hilfe von Enzymen der Zelle selbst von Proteinhüllen befreit.

In der dritten Phase wird die in die Zelle gelangte virale Nukleinsäure in den Stoffwechsel der Zelle einbezogen und veranlasst den Syntheseapparat der Zelle, Proteine und Nukleinsäuren nicht aus der Zelle, sondern aus neuen Viruspartikeln zu produzieren. Die Aktivität der an der Synthese des Virus beteiligten Enzyme wird aktiviert und die übrigen Enzyme werden gehemmt. Darüber hinaus entstehen neue Enzyme, über die die Zelle nicht verfügte, die aber für die Synthese viraler Partikel notwendig sind. Es ist davon auszugehen, dass zu diesem Zeitpunkt ein neues einheitliches Virus-Zell-System organisiert wird, das auf die Synthese von Virusmaterial umgestellt wird. Zu Beginn dieser Phase ist es nicht möglich, Elemente des Virus in der Zelle zu unterscheiden.

Typischerweise werden Nukleinsäuren und virale Proteine nicht gleichzeitig und an verschiedenen Orten in der Zelle synthetisiert. Zuerst beginnt die Nukleinsäuresynthese, etwas später folgt die Proteinsynthese. Nach der Anreicherung dieser Bestandteile des Virus werden sie kombiniert und zu vollwertigen Viruspartikeln zusammengesetzt. Manchmal werden unvollständige Viruspartikel gebildet, denen Nukleinsäure fehlt und die daher nicht in der Lage sind, sich selbst zu produzieren (Donuts).

Schnell beginnt die letzte Phase – die Freisetzung viraler Partikel aus der Zelle. An jeder Stelle der Zelle werden sofort etwa 100 Partikel des Virus freigesetzt. Komplexere Viren verfügen außerdem über Außenhüllen aus dem viralen Nukleoprotein, mit denen sie beim Durchgang durch die Zelle und beim Austritt aus der Zelle umhüllt werden, während die Außenhüllen Proteine umfassen der Wirtszelle.

Bei menschlichen und tierischen Viren erfolgt die Freisetzung neuer Nachkommen in mehreren Zyklen. So dauert beim Influenzavirus jeder Zyklus 5–6 Stunden, wobei 100 oder mehr Viruspartikel aus einer Zelle freigesetzt werden, und insgesamt werden 5–6 Zyklen innerhalb von 30 Stunden beobachtet. Danach ist die Fähigkeit der Zelle, das Virus zu produzieren, erschöpft und sie stirbt ab. Der gesamte Prozess der Vermehrung des Parainfluenzavirus Sen Dai von der Adsorption bis zum Austritt aus der Zelle dauert 5-6 Stunden.

Manchmal verlassen Viruspartikel die Zelle nicht, sondern reichern sich darin in Form intrazellulärer Einschlüsse an, die für verschiedene Arten von Viren sehr charakteristisch sind. Pflanzenviren bilden Einschlüsse, die eine kristalline Form haben.

Eine Familie von Mikroben namens „Mykoplasmen“ erregt zunehmend Aufmerksamkeit, da in dieser Gruppe kürzlich Erreger verschiedener Krankheiten bei Mensch und Tier entdeckt wurden. Als latente Infektion leben sie häufig in vielen Gewebekulturen – Hela und anderen. Mykoplasmen nehmen eine Zwischenstellung zwischen Bakterien und Viren ein. Sie ähneln Viren aufgrund ihrer Fähigkeit, durch Bakterienfilter gefiltert zu werden; filtrierbare Formen sind zur Selbstreproduktion und intrazellulären Vermehrung fähig. Zu den Eigenschaften, die Viren den Bakterien näher bringen, gehören die Fähigkeit, auf Nährmedien zu wachsen und darauf Kolonien zu bilden, sowie ihre Beziehung zu Antibiotika, Sulfonamiden und deren Antigenstruktur.

Die Morphologie und Struktur von Viren wird mit einem Elektronenmikroskop untersucht, da ihre Größe klein und mit der Dicke der Bakterienhülle vergleichbar ist. Die Form von Virionen kann unterschiedlich sein: stäbchenförmig (Tabakmosaikvirus), kugelförmig (Tollwutvirus), kugelförmig (Poliomyelitisviren, HIV), spermienförmig (viele Bakteriophagen).

Die Größe von Viren wird mittels Elektronenmikroskopie, Ultrafiltration durch Filter mit bekanntem Porendurchmesser und Ultrazentrifugation bestimmt. Eines der kleinsten Viren ist das Poliovirus (ca. 20 nm), das größte sind die Pocken (ca. 350 nm).

Es gibt einfache Viren (z. B. Polioviren) und komplexe Viren (z. B. Influenzaviren, Masernviren). Bei einfachen Viren ist die Nukleinsäure mit einer Proteinhülle verbunden, die Kapsid genannt wird (von lateinisch capsa – Kasus). Das Kapsid besteht aus sich wiederholenden morphologischen Untereinheiten – Kapsomeren. Nukleinsäure und Kapsid interagieren miteinander und bilden ein Nukleokapsid. Bei komplexen Viren ist das Kapsid von einer zusätzlichen Lipoproteinhülle umgeben – einem Superkapsid (einem Derivat der Membranstrukturen der Wirtszelle), das „Spitzen“ aufweist. Virionen zeichnen sich durch eine spiralförmige, kubische und komplexe Kapsidsymmetrie aus. Der helikale Symmetrietyp ist auf die helikale Struktur des Nukleokapsids zurückzuführen, der kubische Symmetrietyp auf die Bildung eines isometrischen Hohlkörpers aus dem Kapsid, das die virale Nukleinsäure enthält.

Das Kapsid und das Superkapsid schützen Virionen vor Umwelteinflüssen, bestimmen die selektive Interaktion (Adsorption) mit Zellen und bestimmen die antigenen und immunogenen Eigenschaften von Virionen. Die inneren Strukturen von Viren werden als Kern bezeichnet. In der Virologie werden folgende taxonomische Kategorien verwendet: Familie (der Name endet auf viridae), Unterfamilie (der Name endet auf virinae), Gattung (der Name endet auf virus).

Allerdings sind die Namen der Gattungen und insbesondere der Unterfamilien nicht für alle Viren formuliert. Die Art des Virus erhielt keinen binomialen Namen, wie etwa Bakterien.

Die Klassifizierung von Viren basiert auf den folgenden Kategorien:

§ Art der Nukleinsäure (DNA oder RNA), ihre Struktur, Anzahl der Stränge (eins oder zwei),

§ Merkmale der Reproduktion des viralen Genoms;

§ Größe und Morphologie der Virionen, Anzahl der Kapsomere und Art der Symmetrie;

§ Vorhandensein von Superkapsid;

§ Empfindlichkeit gegenüber Äther und Desoxycholat;

§ Brutplatz in der Zelle;

§ Antigeneigenschaften usw.

Viren infizieren Wirbeltiere und wirbellose Tiere sowie Pflanzen und Bakterien. Als Hauptverursacher menschlicher Infektionskrankheiten sind Viren auch an den Prozessen der Karzinogenese beteiligt und können auf verschiedene Weise übertragen werden, unter anderem über die Plazenta (Rötelnvirus, Zytomegalievirus usw.) und sich auf den menschlichen Fötus auswirken. Sie können zu postinfektiösen Komplikationen führen – der Entwicklung von Myokarditis, Pankreatitis, Immunschwäche usw.

Neben gewöhnlichen Viren sind auch sogenannte nicht-kanonische Viren bekannt – Prionen – proteininfektiöse Partikel, die proteinartige Erreger sind und die Form von Fibrillen mit einer Größe von 10,20 x 100,200 nm haben. Prionen sind offenbar sowohl Induktoren als auch Produkte eines autonomen Gens bei Menschen oder Tieren und verursachen bei ihnen unter Bedingungen einer langsamen Virusinfektion (Creutzfeldt-Jakob-Krankheit, Kuru usw.) eine Enzephalopathie. Andere ungewöhnliche Erreger, die eng mit Viren verwandt sind, sind Viroide, kleine Moleküle kreisförmiger, supergewundener RNA, die kein Protein enthalten und Krankheiten in Pflanzen verursachen.

Kapitel 3

PHYSIOLOGIE DER MIKROORGANISMEN

Die Physiologie von Mikroorganismen untersucht die lebenswichtige Aktivität mikrobieller Zellen, die Prozesse ihrer Ernährung, Atmung, ihres Wachstums, ihrer Fortpflanzung und Muster der Interaktion mit der Umwelt.

Gegenstand des Studiums der medizinischen Mikrobiologie ist die Physiologie pathogener und opportunistischer Mikroorganismen, die Krankheiten beim Menschen verursachen können. Die Aufklärung der Physiologie dieser Mikroorganismen ist wichtig für die Erstellung einer mikrobiologischen Diagnose, das Verständnis der Pathogenese, die Behandlung und Vorbeugung von Infektionskrankheiten, die Regulierung der menschlichen Beziehungen zur Umwelt usw.

Chemische Zusammensetzung von Bakterien

Die Zusammensetzung von Mikroorganismen umfasst Wasser, Proteine, Nukleinsäuren, Kohlenhydrate, Lipide und Mineralien.

Wasser ist der Hauptbestandteil einer Bakterienzelle und macht etwa 80 % ihrer Masse aus. Es befindet sich in einem freien oder gebundenen Zustand mit den Strukturelementen der Zelle. Bei Sporen sinkt der Wasseranteil auf 18,20 %. Wasser ist ein Lösungsmittel für viele Substanzen und spielt auch eine mechanische Rolle bei der Bereitstellung des Turgors. Bei der Plasmolyse – dem Wasserverlust einer Zelle in einer hypertonen Lösung – wird Protoplasma von der Zellmembran gelöst. Durch den Entzug von Wasser aus der Zelle und deren Austrocknung werden Stoffwechselvorgänge gestoppt. Die meisten Mikroorganismen vertragen das Trocknen gut. Bei Wassermangel können sich Mikroorganismen nicht vermehren. Das Trocknen im Vakuum aus dem gefrorenen Zustand (Lyophilisierung) stoppt die Reproduktion und fördert die langfristige Erhaltung mikrobieller Individuen.

Proteine (40,80 % Trockengewicht) bestimmen die wichtigsten biologischen Eigenschaften von Bakterien und bestehen meist aus Kombinationen von 20 Aminosäuren. Die Bakterien enthalten Diaminopimelinsäure (DAP), die in menschlichen und tierischen Zellen fehlt. Bakterien enthalten mehr als 2.000 verschiedene Proteine, die in ihren Strukturbestandteilen vorkommen und an Stoffwechselprozessen beteiligt sind. Die meisten Proteine haben enzymatische Aktivität. Proteine einer Bakterienzelle bestimmen die Antigenität und Immunogenität, Virulenz und Bakterienart.

Nukleinsäuren von Bakterien erfüllen ähnliche Funktionen wie Nukleinsäuren eukaryontischer Zellen: Das DNA-Molekül in Form eines Chromosoms ist für die Vererbung verantwortlich, Ribonukleinsäuren (Information oder Matrix, Transport und Ribosomal) sind an der Proteinbiosynthese beteiligt.

Bakterien können (taxonomisch) durch ihren Gehalt an der Summe von Guanin und Cytosin (GC) als molarer Prozentsatz (M%) der Gesamtzahl der DNA-Basen charakterisiert werden. Ein genaueres Merkmal von Mikroorganismen ist die Hybridisierung ihrer DNA. Grundlage der Hybridisierungsmethode

DNA – die Fähigkeit denaturierter (einzelsträngiger) DNA zur Renaturierung, d. h. verbinden sich mit dem komplementären DNA-Strang und bilden ein doppelsträngiges DNA-Molekül.

Bakterielle Kohlenhydrate werden durch einfache Substanzen (Mono- und Disaccharide) und komplexe Verbindungen repräsentiert. Polysaccharide sind häufig in Kapseln enthalten. Einige intrazelluläre Polysaccharide (Stärke, Glykogen usw.) sind Reservenährstoffe.

Lipide sind hauptsächlich Teil der Zytoplasmamembran und ihrer Derivate sowie der Zellwand von Bakterien, beispielsweise der Außenmembran, wo sich neben der biomolekularen Lipidschicht auch LPS befindet. Lipide können im Zytoplasma als Nährstoffreserven dienen. Bakterielle Lipide werden durch Phospholipide, Fettsäuren und Glyceride repräsentiert. Mycobacterium tuberculosis enthält die größte Menge an Lipiden (bis zu 40 %).

Nach der Zellverbrennung finden sich in der Asche bakterielle Mineralien. Phosphor, Kalium, Natrium, Schwefel, Eisen, Kalzium, Magnesium sowie Mikroelemente (Zink, Kupfer, Kobalt, Barium, Mangan usw.) werden in großen Mengen nachgewiesen und sind an der Regulierung des osmotischen Drucks und des pH-Werts beteiligt die Umwelt, Redoxpotential, aktivieren Enzyme, sind Bestandteil von Enzymen, Vitaminen und Strukturbestandteilen mikrobieller Zellen.

Ernährung von Bakterien

Die Ernährungsmerkmale einer Bakterienzelle bestehen im Zufluss von Nährstoffsubstraten über ihre gesamte Oberfläche sowie in der hohen Geschwindigkeit von Stoffwechselprozessen und der Anpassung an sich ändernde Umweltbedingungen.

Leistungsarten. Die weite Verbreitung von Bakterien wird durch eine Vielzahl von Nahrungsmitteln begünstigt. Mikroorganismen benötigen Kohlenhydrate, Stickstoff, Schwefel, Phosphor, Kalium und andere Elemente. Abhängig von den Kohlenstoffquellen für die Ernährung werden Bakterien in Autotrophe (von griechisch autos – sich selbst, trophe – Nahrung) unterteilt, die Kohlendioxid CO 2 und andere anorganische Verbindungen zum Aufbau ihrer Zellen verwenden, und Heterotrophe (von griechisch heteros – andere, Trophäe - Nahrung), die sich von vorgefertigten organischen Verbindungen ernähren. Autotrophe Bakterien sind nitrifizierende Bakterien, die im Boden vorkommen; in Wasser lebende Schwefelbakterien mit Schwefelwasserstoff; Eisenbakterien, die in eisenhaltigem Wasser usw. leben.

Abhängig vom oxidierbaren Substrat, einem sogenannten Elektronen- oder Wasserstoffdonor, werden Mikroorganismen in zwei Gruppen eingeteilt. Mikroorganismen, die anorganische Verbindungen als Wasserstoffspender verwenden, werden Lithotrophe (von griechisch lithos – Stein) genannt, und Mikroorganismen, die organische Verbindungen als Wasserstoffspender verwenden, werden Organotrophe genannt.

Unter den Bakterien werden hinsichtlich der Energiequelle Phototrophe unterschieden, d.h. Photosynthese (z. B. Blaualgen, die Lichtenergie nutzen) und Chemotrophe, die chemische Energiequellen benötigen.

Wachstumsfaktoren. Um auf Nährböden zu wachsen, benötigen Mikroorganismen bestimmte zusätzliche Komponenten, die Wachstumsfaktoren genannt werden. Wachstumsfaktoren sind für Mikroorganismen notwendige Verbindungen, die sie nicht selbst synthetisieren können und daher dem Nährmedium zugesetzt werden müssen. Zu den Wachstumsfaktoren gehören: Aminosäuren, die für den Aufbau von Proteinen notwendig sind; Purine und Pyrimidine, die für die Bildung von Nukleinsäuren benötigt werden; Vitamine, die Teil einiger Enzyme sind. Um die Beziehung von Mikroorganismen zu Wachstumsfaktoren anzuzeigen, werden die Begriffe „Auxotrophe“ und „Prototrophe“ verwendet. Auxotrophe benötigen einen oder mehrere Wachstumsfaktoren; Prototrophe können selbst für das Wachstum notwendige Verbindungen synthetisieren. Sie sind in der Lage, Komponenten aus Glucose- und Ammoniumsalzen zu synthetisieren.

Mechanismen der Ernährung. Der Eintritt verschiedener Substanzen in die Bakterienzelle hängt von der Größe und Löslichkeit ihrer Moleküle in Lipiden oder Wasser, dem pH-Wert des Mediums, der Konzentration der Substanzen, verschiedenen Faktoren der Membranpermeabilität usw. ab. Die Zellwand lässt kleine Moleküle und Ionen zu durchdringen und dabei Makromoleküle mit einem Gewicht von mehr als 600 D zurückhalten. Der Hauptregulator für den Eintritt von Substanzen. Die Zelle enthält die Zytoplasmamembran. Herkömmlicherweise können vier Mechanismen für das Eindringen von Nährstoffen in eine Bakterienzelle unterschieden werden: einfache Diffusion, erleichterte Diffusion, aktiver Transport und Gruppentranslokation. Der einfachste Mechanismus für den Eintritt von Substanzen in die Zelle ist die einfache Diffusion, bei der die Bewegung von Substanzen aufgrund des Konzentrationsunterschieds auf beiden Seiten der Zytoplasmamembran erfolgt. Substanzen passieren den Lipidteil der Zytoplasmamembran (organische Moleküle, Medikamente) und seltener durch wassergefüllte Kanäle in der Zytoplasmamembran. Die passive Diffusion erfolgt ohne Energieverbrauch.

Eine erleichterte Diffusion entsteht auch durch Unterschiede in der Konzentration von Substanzen auf beiden Seiten der Zytoplasmamembran. Dieser Prozess wird jedoch mit Hilfe von Trägermolekülen durchgeführt, die in der Zytoplasmamembran lokalisiert sind und eine Spezifität aufweisen. Jeder Transporter transportiert eine entsprechende Substanz durch die Membran oder überträgt sie auf eine andere Komponente der Zytoplasmamembran – den Transporter selbst.

Trägerproteine können Permeasen sein, deren Syntheseort die Zytoplasmamembran ist. Die erleichterte Diffusion erfolgt ohne Energieverbrauch; Substanzen bewegen sich von höheren zu niedrigeren Konzentrationen.

Der aktive Transport erfolgt mit Hilfe von Permeasen und zielt darauf ab, Stoffe von einer niedrigeren Konzentration in eine höhere zu überführen, d. h. wie gegen den Strom geht dieser Prozess mit dem Verbrauch von Stoffwechselenergie (ATP) einher, die durch Redoxreaktionen in der Zelle entsteht.

Die Übertragung (Translokation) von Gruppen ähnelt dem aktiven Transport, unterscheidet sich jedoch dadurch, dass das übertragene Molekül während des Übertragungsprozesses verändert, beispielsweise phosphoryliert wird. Die Freisetzung von Stoffen aus der Zelle erfolgt durch Diffusion und unter Beteiligung von Transportsystemen – Enzymen von Bakterien. Enzyme erkennen ihre entsprechenden Metaboliten (Substrate), interagieren mit ihnen und beschleunigen chemische Reaktionen. Enzyme sind Proteine, die an den Prozessen des Anabolismus (Synthese) und Katabolismus (Abbau) beteiligt sind, d. h. Stoffwechsel. Viele Enzyme sind mit den Strukturen der mikrobiellen Zelle verbunden. Beispielsweise enthält die Zytoplasmamembran Redoxenzyme, die an der Atmung und Zellteilung beteiligt sind; Enzyme, die für die Zellernährung sorgen usw. Redoxenzyme der Zytoplasmamembran und ihrer Derivate liefern Energie für die intensiven Prozesse der Biosynthese verschiedener Strukturen, einschließlich der Zellwand. In der Zellwand finden sich Enzyme, die an der Zellteilung und Autolyse beteiligt sind. Sogenannte Endoenzyme katalysieren den Stoffwechsel im Inneren der Zelle.

Exoenzyme werden von der Zelle an die Umwelt abgegeben und zerlegen Makromoleküle von Nährstoffsubstraten in einfache Verbindungen, die von der Zelle als Energie-, Kohlenstoffquellen usw. absorbiert werden. Einige Exoenzyme (Penicillinase usw.) inaktivieren Antibiotika und erfüllen eine Schutzfunktion.

Es gibt konstitutive und induzierbare Enzyme. Zu den konstitutiven Enzymen zählen Enzyme, die von der Zelle kontinuierlich synthetisiert werden, unabhängig vom Vorhandensein von Substraten im Nährmedium. Induzierbare (adaptive) Enzyme werden von einer Bakterienzelle nur dann synthetisiert, wenn das Substrat dieses Enzyms im Medium vorhanden ist. Beispielsweise wird β-Galactosidase aus Escherichia coli auf einem Medium mit Glucose praktisch nicht produziert, ihre Synthese nimmt jedoch stark zu, wenn sie auf einem Medium mit Lactose oder einer anderen β-Galactosidase gezüchtet wird.

Einige Enzyme (sogenannte Aggressionsenzyme) zerstören Gewebe und Zellen, wodurch sich Mikroorganismen und ihre Toxine im infizierten Gewebe weit verbreitet verbreiten. Zu diesen Enzymen gehören Hyaluronidase, Kollagenase, Desoxyribonuklease, Neuraminidase, Lecitovitellase usw. So fördert Streptokokken-Hyaluronidase durch den Abbau der Hyaluronsäure des Bindegewebes die Ausbreitung von Streptokokken und ihren Toxinen.

Es sind mehr als 2000 Enzyme bekannt. Sie werden in sechs Klassen eingeteilt: Oxidoreduktasen – Redoxenzyme (dazu gehören Dehydrogenasen, Oxidasen usw.); Transferasen, die einzelne Radikale und Atome von einer Verbindung auf eine andere übertragen; Hydrolasen, die Hydrolysereaktionen beschleunigen, d.h. Aufspaltung von Stoffen in einfachere Stoffe unter Zugabe von Wassermolekülen (Esterasen, Phosphatasen, Glucosidasen usw.); Lyasen, die auf nicht-hydrolytische Weise chemische Gruppen von Substraten abspalten (Carboxylasen usw.); Isomerasen, die organische Verbindungen in ihre Isomere umwandeln (Phosphexoisomerase usw.); Ligasen oder Synthetasen, die die Synthese komplexer Verbindungen aus einfacheren (Asparagin-Synthetase, Glutamin-Synthetase usw.) beschleunigen.

Unterschiede in der Enzymzusammensetzung werden zur Identifizierung von Mikroorganismen genutzt, da sie ihre verschiedenen biochemischen Eigenschaften bestimmen: saccharolytisch (Zersetzung von Zuckern), proteolytisch (Zersetzung von Proteinen) und andere, identifiziert durch die Endprodukte des Abbaus (Bildung von Alkalien, Säuren, Schwefelwasserstoff). , Ammoniak usw.).

Mikroorganismen-Enzyme werden in der Gentechnik (Restriktionsenzyme, Ligasen usw.) zur Gewinnung biologisch aktiver Verbindungen, Essig-, Milch-, Zitronen- und anderer Säuren, Milchsäureprodukte, in der Weinherstellung und anderen Industrien eingesetzt. Enzyme werden als Bioadditive in Waschpulvern (Oka usw.) verwendet, um Proteinverunreinigungen zu zerstören.

Atmung von Bakterien

Die Atmung oder biologische Oxidation basiert auf Redoxreaktionen, die unter Bildung von ATP, einem universellen Akkumulator chemischer Energie, ablaufen. Damit eine mikrobielle Zelle funktioniert, ist Energie notwendig. Bei der Atmung finden Oxidations- und Reduktionsprozesse statt: Oxidation – die Freisetzung von Wasserstoff oder Elektronen durch Donatoren (Moleküle oder Atome); Reduktion – Anlagerung von Wasserstoff oder Elektronen an einen Akzeptor. Der Akzeptor von Wasserstoff oder Elektronen kann molekularer Sauerstoff (diese Atmung wird als aerob bezeichnet) oder Nitrat, Sulfat, Fumarat (diese Atmung wird als anaerob bezeichnet – Nitrat, Sulfat, Fumarat) sein. Anaerobiose (von griechisch aeg – Luft + bios – Leben) ist eine Lebensaktivität, die in Abwesenheit von freiem Sauerstoff stattfindet. Wenn organische Verbindungen Wasserstoffspender und -akzeptoren sind, spricht man von Fermentation. Bei der Fermentation erfolgt der enzymatische Abbau organischer Verbindungen, hauptsächlich Kohlenhydrate, unter anaeroben Bedingungen. Unter Berücksichtigung des Endprodukts des Kohlenhydratabbaus werden Alkohol-, Milchsäure-, Essigsäure- und andere Arten der Fermentation unterschieden.

Hinsichtlich des molekularen Sauerstoffs lassen sich Bakterien in drei Hauptgruppen einteilen: obligate, d. h. obligat, Aerobier, obligat anaerob und fakultativ anaerob.

Obligatorische Aerobier können nur in Gegenwart von Sauerstoff wachsen. Obligatorische Anaerobier (Clostridium-Botulismus, Gasbrand, Tetanus, Bakteroide usw.) wachsen nur in einer Umgebung ohne Sauerstoff, der für sie giftig ist. In Gegenwart von Sauerstoff produzieren Bakterien Sauerstoffperoxidradikale, darunter Wasserstoffperoxid und das Superoxidanion von Sauerstoff, die für obligate anrobische Bakterien toxisch sind, da sie nicht die geeigneten inaktivierenden Enzyme bilden. Aerobe Bakterien inaktivieren Wasserstoffperoxid und Superoxidanionen mit geeigneten Enzymen (Katalase, Peroxidase und Superoxiddismutase). Fakultative Anaerobier können sowohl in Gegenwart als auch in Abwesenheit von Sauerstoff wachsen, da sie in der Lage sind, von der Atmung in Gegenwart von molekularem Sauerstoff auf die Fermentation in Abwesenheit von molekularem Sauerstoff umzuschalten. Fakultative Anaerobier sind in der Lage, eine anaerobe Atmung durchzuführen, die sogenannte Nitratatmung: Nitrat, ein Wasserstoffakzeptor, wird zu molekularem Stickstoff und Ammoniak reduziert. Unter den obligaten Anaerobiern werden aerotolerante Bakterien unterschieden, die in Gegenwart von molekularem Sauerstoff bestehen bleiben, dies aber tun nicht verwenden.

Um Anaerobier in bakteriologischen Labors zu züchten, werden Anaerostaten verwendet – spezielle Behälter, in denen Luft durch ein Gasgemisch ersetzt wird, das keinen Sauerstoff enthält. Luft kann aus Kulturmedien durch Kochen entfernt werden, indem chemische Sauerstoffadsorbentien verwendet werden, die in Anaerobier oder anderen Behältern mit Feldfrüchten platziert werden.

Wachstum und Vermehrung von Bakterien

Die lebenswichtige Aktivität von Bakterien ist gekennzeichnet durch Wachstum – die Bildung struktureller und funktioneller Bestandteile der Zelle und eine Vermehrung der Bakterienzelle selbst sowie durch Fortpflanzung – Selbstreproduktion, was zu einer Erhöhung der Anzahl der Bakterienzellen in der Zelle führt Bevölkerung.

Bakterien vermehren sich durch binäre Spaltung in zwei Hälften, seltener durch Knospung.

Actinomyceten können sich wie Pilze durch Sporen vermehren. Actinomyceten sind verzweigte Bakterien und vermehren sich durch Fragmentierung filamentöser Zellen. Gram-positive Bakterien teilen sich durch das Einwachsen synthetisierter Teilungssepten in die Zelle, gram-negative Bakterien durch Verengung infolge der Bildung hantelförmiger Figuren, aus denen zwei identische Zellen entstehen.

Der Zellteilung geht die Replikation des Bakterienchromosoms nach einem halbkonservativen Typ voraus (der doppelsträngige DNA-Strang öffnet sich und jeder Strang wird durch einen komplementären Strang ergänzt), was zur Verdoppelung der DNA-Moleküle des Bakterienkerns führt Nukleoid. Die Replikation chromosomaler DNA erfolgt vom Startpunkt ogi (aus dem Englischen, Ursprung – Anfang).

Das Chromosom einer Bakterienzelle ist in der Region mit der Zytoplasmamembran verbunden. Die DNA-Replikation wird durch DNA-Polymerasen katalysiert. Zunächst entwindet sich der DNA-Doppelstrang (Despiralen), was zur Bildung einer Replikationsgabel (verzweigte Stränge) führt; Wenn eine der Ketten vollständig ist, bindet sie Nukleotide vom 5-Zoll- bis zum 3-Zoll-Ende, die andere wird Segment für Segment vervollständigt.

Die DNA-Replikation erfolgt in drei Phasen: Initiierung, Verlängerung oder Kettenwachstum und Beendigung. Die beiden durch die Replikation gebildeten Chromosomen divergieren, was durch eine Vergrößerung der wachsenden Zelle begünstigt wird: Chromosomen, die an der Zytoplasmamembran oder ihren Derivaten (z. B. Mesosomen) befestigt sind, entfernen sich mit zunehmendem Zellvolumen voneinander . Ihre endgültige Trennung endet mit der Bildung einer Verengungs- oder Teilungsscheidewand. Zellen mit einer Teilungsscheidewand divergieren aufgrund der Wirkung autolytischer Enzyme, die den Kern der Teilungsscheidewand zerstören. In diesem Fall kann die Autolyse ungleichmäßig verlaufen: Teilende Zellen in einem Bereich bleiben durch einen Teil der Zellwand im Bereich des Teilungsseptums verbunden. Solche Zellen stehen in einem Winkel zueinander, was typisch für Diphtherie-Corynebakterien ist.

Vermehrung von Bakterien in einem flüssigen Nährmedium. Bakterien, die in einem bestimmten, unveränderlichen Volumen des Nährmediums ausgesät werden und sich vermehren, verbrauchen Nährstoffe, was anschließend zur Erschöpfung des Nährmediums und zum Stoppen des Bakterienwachstums führt. Die Kultivierung von Bakterien in einem solchen System wird als Batch-Kultivierung bezeichnet, und die Kultur wird als Batch-Kultur bezeichnet. Wenn die Kultivierungsbedingungen durch die kontinuierliche Zufuhr von frischem Nährmedium und den Abfluss des gleichen Volumens an Kulturflüssigkeit aufrechterhalten werden, spricht man von einer solchen Kultivierung und von einer kontinuierlichen Kultur.

Wenn Bakterien auf einem flüssigen Nährmedium gezüchtet werden, wird ein Boden-, diffuses oder Oberflächenwachstum (in Form eines Films) der Kultur beobachtet. Das Wachstum einer Batch-Kultur von Bakterien, die in einem flüssigen Nährmedium gezüchtet werden, ist in mehrere Phasen oder Zeiträume unterteilt:

§ Verzögerungsphase;

§ logarithmische Wachstumsphase;

§ Phase des stationären Wachstums oder der maximalen Konzentration

§ Bakterien;

§ bakterielle Todesphase.

Diese Phasen können grafisch in Form von Segmenten einer bakteriellen Reproduktionskurve dargestellt werden, die die Abhängigkeit des Logarithmus der Anzahl lebender Zellen vom Zeitpunkt ihrer Kultivierung widerspiegeln. Die Verzögerungsphase (aus dem Englischen, Lag – Verzögerung) ist der Zeitraum zwischen der Aussaat von Bakterien und dem Beginn der Fortpflanzung. Die Dauer der Lag-Phase beträgt durchschnittlich 4,5 Stunden. Gleichzeitig vergrößern sich die Bakterien und bereiten sich auf die Teilung vor; die Menge an Nukleinsäuren, Proteinen und anderen Bestandteilen nimmt zu. Die logarithmische (exponentielle) Wachstumsphase ist eine Periode intensiver Bakterienteilung.

Die Dauer beträgt etwa 5,6 Stunden. Unter optimalen Wachstumsbedingungen können sich Bakterien alle 20-40 Minuten teilen. In dieser Phase sind Bakterien am anfälligsten, was durch die hohe Empfindlichkeit der Stoffwechselkomponenten einer intensiv wachsenden Zelle gegenüber Inhibitoren der Proteinsynthese, Nukleinsäuren usw. erklärt wird. Dann kommt die stationäre Wachstumsphase, in der die Anzahl lebensfähiger Zellen sinkt bleibt unverändert und erreicht den Maximalwert (M-Konzentration). Die Dauer wird in Stunden ausgedrückt und variiert je nach Bakterienart, ihren Eigenschaften und ihrer Kultivierung. Der bakterielle Wachstumsprozess wird durch die Todesphase abgeschlossen, die durch den Tod von Bakterien unter Bedingungen der Erschöpfung der Quellen des Nährmediums und der Ansammlung von bakteriellen Stoffwechselprodukten darin gekennzeichnet ist. Die Dauer beträgt zwischen 10 Stunden und mehreren Wochen. Die Intensität des Bakterienwachstums und der Bakterienvermehrung hängt von vielen Faktoren ab, darunter der optimalen Zusammensetzung des Nährmediums, dem Redoxpotential, dem pH-Wert, der Temperatur usw.

Vermehrung von Bakterien auf einem festen Nährmedium. Bakterien, die auf festen Nährböden wachsen, bilden isolierte runde Kolonien mit glatten oder unebenen Kanten (S- und R-Formen; siehe Kapitel 5), die je nach Pigment der Bakterien unterschiedlicher Konsistenz und Farbe sind.

Wasserlösliche Pigmente diffundieren in das Nährmedium und färben es, beispielsweise färbt Pseudomonas aeruginosa das Medium blau. Eine weitere Gruppe von Pigmenten ist in Wasser unlöslich, in organischen Lösungsmitteln jedoch löslich. So besitzen Kolonien des „Wunderbaren Stäbchens“ ein blutrotes Pigment, das in Alkohol löslich ist. Und schließlich gibt es Pigmente, die weder in Wasser noch in organischen Verbindungen unlöslich sind.

Die häufigsten Pigmente unter Mikroorganismen sind Carotine, Xanthophylle und Melanine. Melanine sind unlösliche schwarze, braune oder rote Pigmente, die aus phenolischen Verbindungen synthetisiert werden. Melanine schützen zusammen mit Katalase, Superoxidmutase und Peroxidase Mikroorganismen vor den Auswirkungen giftiger Sauerstoffperoxidradikale. Viele Pigmente haben antimikrobielle, antibiotikaähnliche Wirkungen.

Das Aussehen, die Form, die Farbe und andere Eigenschaften von Kolonien auf einem festen Nährmedium können bei der Identifizierung von Bakterien sowie bei der Auswahl von Kolonien zur Gewinnung reiner Kulturen berücksichtigt werden.

Unter industriellen Bedingungen erfolgt bei der Gewinnung von Biomasse von Mikroorganismen zur Herstellung von Antibiotika, Impfstoffen, Diagnostika und Eubiotika die Kultivierung von Bakterien und Pilzen in Fermentern unter strikter Einhaltung optimaler Parameter für das Wachstum und die Vermehrung von Nutzpflanzen (siehe Kapitel 6).

Schauplatz ist das Labor des Botanischen Gartens Nikitsky der Russischen Akademie der Wissenschaften, wo der Biologe Dmitri Iosifowitsch Iwanowski (1864–1920) die mysteriöse Mosaikkrankheit des Tabaks untersucht. Der Erreger der Krankheit in einer Pflanze passiert die kleinsten Bakterienfilter, wächst nicht weiter und verursacht keine Symptome, wenn gesunde Pflanzen mit Filtraten erkrankter Pflanzen infiziert werden.

Damals, im Jahr 1892, kam der Wissenschaftler zu dem Schluss, dass es sich nicht um Bakterien handelte. Und er nennt den Erreger Viren (vom lateinischen Virus – Gift). Dmitry Ivanovsky versuchte sein ganzes Leben lang, Viren zu sehen, aber wir sahen die Morphologie von Viren in den 30er Jahren des 20. Jahrhunderts, als Elektronenmikroskope erfunden wurden.

Dieses Datum gilt jedoch als Beginn der Wissenschaft der Virologie, und Dmitri Iwanowski ist ihr Begründer.

Erstaunliches Königreich

Die Besonderheiten von Viren sind wie folgt:

Teil der organischen Welt des Planeten

Bisher wurden bereits mehr als 6.000 Viren beschrieben, Schätzungen zufolge gibt es jedoch mehr als hundert Millionen davon. Dies ist die zahlreichste biologische Form auf dem Planeten und in allen Ökosystemen vertreten (universelle (allgegenwärtige) Verbreitung).

Ihr Erscheinen auf dem Planeten ist noch unklar. Eines ist bekannt: Als die ersten zellulären Lebensformen auftauchten, gab es bereits Viren.

Lebendig und nicht lebendig

Diese erstaunlichen Organismen haben zwei Formen ihrer Existenz, die sich deutlich voneinander unterscheiden.

Virion ist im Wesentlichen ein nicht lebender Teil des Lebens. Und das Genom des Virus in der Zelle ist sein lebender Bestandteil, denn hier vermehren sich Viren.

Morphologie und Ultrastruktur von Viren

In diesem Zusammenhang sprechen wir vom Virion – der extrazellulären Form.

Die Größe von Virionen wird in Nanometern gemessen – 10 –9 Meter. Influenzaviren haben eine durchschnittliche Größe von 80-120 Nanometern, und das Pockenvirus ist mit einer Größe von 400 Nanometern ein Riese.

Die Struktur und Morphologie von Viren ähnelt denen von Astronauten. Im Kapsid (einer Proteinhülle, die manchmal Fette und Kohlenhydrate enthält) befindet sich wie in einem „Raumanzug“ der wertvollste Teil – Nukleinsäuren, das Genom des Virus. Darüber hinaus wird dieser „Kosmonaut“ in einer minimalen Menge präsentiert – nur direkt erbliches Material und ein Minimum an Enzymen für seine Replikation (Kopierung).

Äußerlich kann der „Raumanzug“ stabförmig, kugelförmig, kugelförmig, in Form eines komplexen Ikosaeders oder sogar unregelmäßig geformt sein. Dies hängt vom Vorhandensein spezifischer Proteine im Kapsid ab, die für das Eindringen des Virus in die Zelle verantwortlich sind.

Wie gelangt ein Krankheitserreger in den Wirt?

Es gibt viele Penetrationsmethoden, die gebräuchlichste ist jedoch die Luftpenetration. Unzählige winzige Partikel werden nicht nur beim Husten oder Niesen, sondern auch einfach beim Atmen in den Weltraum geschleudert.

Eine andere Möglichkeit, wie Virionen in den Körper gelangen, ist ansteckend (direkter Körperkontakt). Diese Methode ist charakteristisch für eine relativ kleine Gruppe von Krankheitserregern; auf diese Weise werden Herpes, sexuell übertragbare Infektionen und AIDS übertragen.

Die Infektionsmethode durch einen Vektor, bei dem es sich um verschiedene Gruppen von Organismen handeln kann, ist recht komplex. Nachdem der Vektor den Erreger aus dem Infektionsreservoir aufgenommen hat, wird er zu einem Ort, an dem sich Viren vermehren oder Entwicklungsstadien durchlaufen können. Das Tollwutvirus ist ein solcher Krankheitserreger.

Was passiert im Körper des Wirts?

Mit Hilfe externer Kapsidproteine heftet sich das Virus an die Zellmembran und dringt durch Endozytose ein. Sie gelangen in die Lysosomen, wo sie unter der Wirkung von Enzymen den „Raumanzug“ loswerden. Und die Nukleinsäuren des Erregers gelangen in den Zellkern oder verbleiben im Zytoplasma.

Die Nukleinsäuren des Erregers werden in die Nukleinsäureketten des Wirts integriert und die Replikationsreaktion (Kopieren) der Erbinformationen wird ausgelöst. Wenn sich eine ausreichende Anzahl viraler Partikel in der Zelle angesammelt hat, nutzen die Virionen die energetischen und plastischen Mechanismen und Ressourcen des Wirts.

Die letzte Stufe ist die Freisetzung von Virionen aus der Zelle. Einige Viren führen zur vollständigen Zellzerstörung und gelangen in den Interzellularraum, andere gelangen durch Exozytose oder Knospung in den Interzellularraum.

Pathogenstrategien

Die Struktur und Morphologie von Viren führt dazu, dass der Erreger vollständig vom Energie- und Proteinsynthesepotenzial der Zelle abhängig ist; die einzige Bedingung ist, dass er seine Nukleinsäuren nach seinem eigenen Zeitplan repliziert. Diese Interaktion wird als produktiv bezeichnet (natürlich für das Virus, aber nicht für die Zelle). Wenn der Vorrat der Zelle erschöpft ist, führt das Virus zu deren Tod.

Eine andere Art der Interaktion ist die versöhnliche. In diesem Fall wird das virale Genom, integriert in das Wirtsgenom, kovalent mit den zelleigenen Nukleinsäuren repliziert. Und dann kann die Entwicklung des Szenarios in zwei Richtungen gehen. Das Virus verhält sich ruhig und manifestiert sich nicht. Junge Virionen verlassen die Zelle nur unter bestimmten Bedingungen. Entweder arbeiten die Gene des Erregers ständig und bringen viele junge Generationen hervor, die Zelle stirbt jedoch nicht ab, sondern verlässt sie durch Exozytose.

Komplexitäten der Taxonomie

Die Klassifizierung und Morphologie von Viren ist in verschiedenen Quellen unterschiedlich. In diesem Fall werden zur Klassifizierung folgende Merkmale herangezogen:

Art der Nukleinsäure (RNA-haltig und DNA-haltig) und Methode ihrer Replikation. Die gebräuchlichste Klassifizierung von Viren, vorgeschlagen vom amerikanischen Virologen David Baltimore im Jahr 1971.
Morphologie und Struktur des Virus (einzelsträngig, doppelsträngig, linear, kreisförmig, fragmentiert, nicht fragmentiert).
Abmessungen, Art der Symmetrie, Anzahl der Kapsomere.
Vorhandensein eines Superkapsids (äußere Hülle).
Antigene Eigenschaften.
Art der genetischen Interaktion.
Kreis potenzieller Eigentümer.
Lokalisierung in der Wirtszelle – im Zellkern oder im Zytoplasma.

Es ist die Wahl des Hauptkriteriums und der Morphologie von Viren, die in der Mikrobiologie die verschiedenen Ansätze zur Klassifizierung von Viren bestimmt. Es ist ziemlich schwierig. Die Schwierigkeit besteht darin, dass wir erst dann beginnen, die Morphologie und Struktur des Virus zu untersuchen, wenn sie zu pathologischen Prozessen führen.

Wählerisch und nicht sehr

Abhängig von der Wahl des Wirts sind diese Krankheitserreger in ihren Präferenzen äußerst unterschiedlich. Manche greifen ausschließlich eine biologische Art an – sie haben eine sehr strenge „Registrierung“. Es frisst beispielsweise Influenzaviren von Katzen, Möwen und Schweinen, die für andere Tiere völlig ungefährlich sind. Manchmal ist die Spezialisierung überraschend – das Bakteriophagen-P-17-Virus infiziert nur männliche Individuen einer Art von Escherichia coli.

Andere Viren verhalten sich völlig anders. Beispielsweise verursachen kugelförmige Viren, deren Morphologie einer Kugel ähnelt, völlig unterschiedliche Krankheiten und gleichzeitig ist ihr Wirtsspektrum äußerst breit. Zu diesen Viren gehören das Tollwutvirus, das alle Säugetiere befällt, oder das vesikuläre Stomatitisvirus (übrigens durch Insekten übertragen).

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EINFÜHRUNG

Heute ist die Situation auf der Erde so, dass jedes Jahr immer mehr neue menschliche und tierische Viren entdeckt werden, die für die menschliche Gesundheit sehr gefährlich sind. Menschen bewegen sich über Länder und Kontinente hinweg, kommen in unterschiedlichen Kontakten miteinander in Kontakt und migrieren aus wirtschaftlichen, sozialen und ökologischen Gründen. Gefährliche Viren wie das Rift-Valley-Fieber, Zika, Ebola, das Rift-Valley-Fieber und einige andere wurden auf den Planeten eingeschleppt. Sie sind in ihrer Struktur größtenteils recht ähnlich und verursachen beim Menschen schwere Krankheiten, die sehr ansteckend und virulent sind und ein hohes Maß an Letalität aufweisen, was eine ernsthafte Bedrohung für die Bevölkerung darstellt.

Es ist notwendig, die bestehenden Epidemien von AIDS und Hepatitis C zu beachten, für die es bisher keine Behandlung gibt, die aber unser Immunsystem mit hoher Geschwindigkeit zerstören. In diesem Zusammenhang ist die Betrachtung dieses Problems sehr relevant.

Anhand von Viren werden Fragen der mikrobiellen Genetik und aktuelle Probleme der Biochemie untersucht. Wissenschaftler verstehen immer tiefer und erfolgreicher die feinste Struktur, biochemische Zusammensetzung und physiologischen Eigenschaften dieser ultramikroskopischen Lebewesen sowie ihre Rolle in der Natur sowie im menschlichen, tierischen und pflanzlichen Leben. Die Entwicklung der Virologie ist mit den großen Erfolgen der Molekulargenetik verbunden. Die Erforschung von Viren hat zum Verständnis der Feinstruktur von Genen, zur Entschlüsselung des genetischen Codes und zur Identifizierung von Mutationsmechanismen geführt. Viren werden häufig in der Gentechnik eingesetzt. Die Fähigkeit von Viren, sich unvorhersehbar anzupassen und zu verhalten, kennt keine Grenzen. Millionen Menschen sind Opfer von Viren geworden, die verschiedene Krankheiten verursachen. Dennoch wurden die größten Erfolge der Virologie im Kampf gegen bestimmte Krankheiten erzielt, und dies gibt Anlass zu der Annahme, dass die Virologie in unserem dritten Jahrtausend einen Spitzenplatz einnehmen wird.

Der Gegenstand unserer Forschung ist die Erforschung nichtzellulärer Lebensformen.

Gegenstand der Forschung ist das Studium der Morphologie von Viren und Indikationsmethoden.

Ziel der Arbeit. Begründen Sie auf der Grundlage von Kenntnissen über die Biologie von Viren Methoden zu ihrer Kultivierung, Indikation, Identifizierung und Methoden zur Labordiagnose der von ihnen verursachten Krankheiten.

Basierend auf dem Ziel wurden folgende Aufgaben gestellt:

Studieren Sie Literaturdaten zur Morphologie von Viren.

Machen Sie sich mit den empfindlichsten Methoden zur Diagnose von Virusinfektionen vertraut.

Der Grad der Untersuchung dieses Themas Im Jahr 1892 wurde der russische Botaniker D.I. Ivanovsky untersuchte die Mosaikkrankheit von Tabakblättern und stellte fest, dass diese Krankheit durch winzige Mikroorganismen verursacht wird, die feinporöse Bakterienfilter passieren. Diese Mikroorganismen werden Viren genannt (vom lateinischen Virus – Gift). Russische Virologen haben einen großen Beitrag zur Erforschung von Viren geleistet: M.A. Morozov, N. F. Gamaleya, L.A. Zilber, M.P. Chumakov, A.A. Smorodintsev, V.M. Schdanow und andere.

Persönlicher Beitrag des Autors: Durch das Studium theoretischen Materials und Laboruntersuchungen gelang es dem Autor: die Morphologie und Ultrastruktur von Viren zu interpretieren. Machen Sie sich mit der Klassifizierung von Viren vertraut. Analysieren Sie die Merkmale der Interaktion von Viren mit lebenden Systemen. Bewerten Sie Ergebnisse in lebenden Systemen. Analysieren Sie Methoden zur Kultivierung von Viren unter Laborbedingungen. Interpretieren Sie moderne Methoden der Labordiagnostik viraler Erkrankungen.

Kapitel 1. ORT DER VIREN IN DER BIOSPHÄRE

1.1.Evolutionärer Ursprung

Als die Natur von Viren im ersten halben Jahrhundert nach ihrer Entdeckung durch D. I. Ivanovsky (1892) untersucht wurde, entstanden Vorstellungen über Viren als kleinste Organismen. Viele Wissenschaftler aus anderen Ländern versuchten, dieses Problem als Erste zu lösen. Der Beiname „filtrierbar“ wurde schließlich fallen gelassen, als filtrierbare Formen oder Stadien häufiger Bakterien und dann filtrierbare Bakterienarten bekannt wurden. Die plausibelste und akzeptableste Hypothese ist, dass Viren aus „außer Kontrolle geratener“ Nukleinsäure entstanden sind, d. h. Nukleinsäure, die die Fähigkeit erlangt hat, sich unabhängig von der Zelle, aus der sie stammt, zu replizieren, obwohl diese DNA dazu bestimmt ist, sich unter Verwendung der Strukturen dieser Zelle oder einer anderen Zelle zu replizieren. Diese Bereiche sind hochmolekular, haben eine große Molmasse, sind aktiv an oxidativen Reaktionen und irreversiblen Veränderungen beteiligt und weisen eine höhere Wiederherstellungsrate organischer Prozesse auf.

Anhand von Filtrationsexperimenten durch abgestufte Linearfilter wurden die Größen der Viren bestimmt. Dies war ein großer Durchbruch für virologische Wissenschaftler. Die Größe des kleinsten von ihnen betrug 20 bis 30 nm und die des größten 300 bis 400 nm. Im Laufe der weiteren Evolution veränderten sich Viren mehr in ihrer Form als in ihrem Inhalt.

Daher müssen Viren aus zellulären Organismen stammen und sollten nicht als primitive Vorläufer zellulärer Organismen betrachtet werden.

1.2.Struktur und Eigenschaften von Viren

Die Größe der Viren liegt zwischen 20 und 300 nm. Sie können diesbezüglich nur elektronenmikroskopisch untersucht werden; ihre Form ist vielfältig: von fadenförmigen Glomeruli bis hin zu komplexen Hexaederfiguren mit Einschlüssen von DNA oder RNA. Im Durchschnitt sind sie 50-mal kleiner als Bakterien. Sie können mit einem Lichtmikroskop nicht gesehen werden, da ihre Länge kürzer als die Wellenlänge des Lichts ist.

Viren bestehen aus verschiedenen Komponenten:

a) genetisches Kernmaterial (DNA oder RNA). Der genetische Apparat des Virus trägt Informationen über mehrere Arten von Proteinen, die für die Bildung eines neuen Virus notwendig sind: das Gen, das für die Reverse Transkriptase kodiert, und andere.

b) Proteinhülle, die als ASP bezeichnet wird.

Die Hülle besteht oft aus identischen, sich wiederholenden Untereinheiten – Kapsomeren. Kapsomere bilden Strukturen mit einem hohen Grad an Symmetrie.

c) zusätzliche Lipoproteinmembran.

Es wird aus der Plasmamembran der Wirtszelle gebildet. Es kommt nur bei relativ großen Viren vor (Influenza, Herpes).

Das vollständig ausgebildete infektiöse Partikel wird Virion genannt.

Die Position, dass Viren vollwertige Organismen sind, ermöglichte es, endlich alle drei genannten Gruppen von Viren – Viren von Tieren, Pflanzen und Bakterien – in einer Kategorie zusammenzufassen, die einen bestimmten Platz unter den Lebewesen auf unserem Planeten einnimmt. Viren sind wie andere Organismen zur Fortpflanzung fähig. Viren haben eine gewisse Vererbung und reproduzieren ihre eigene Art. Diese Position wurde von Wissenschaftlern aus anderen Ländern bestätigt, die an einem ähnlichen Problem arbeiten. Die erblichen Eigenschaften von Viren können durch das Spektrum der betroffenen Wirte und die Symptome der verursachten Krankheiten sowie durch die Spezifität der Immunantworten natürlicher Wirte oder künstlich immunisierter Versuchstiere berücksichtigt werden. Die Summe dieser Merkmale ermöglicht es, die erblichen Eigenschaften jedes Virus eindeutig zu bestimmen, und noch mehr seiner Sorten, die klare genetische Marker aufweisen, zum Beispiel: die Neutropizität einiger Influenzaviren, reduzierte Pathogenität bei Impfviren usw.

1.3. Bakteriophagen

25 Jahre nach der Entdeckung des Virus entdeckte der kanadische Wissenschaftler Felix D'Herelle mithilfe einer Filtrationsmethode eine neue Gruppe von Viren, die Bakterien infizieren. Sie wurden Bakteriophagen (oder einfach Phagen) genannt. Viele Wissenschaftler versuchten, ähnliche experimentelle Studien zu wiederholen, erzielten jedoch nicht die gewünschten Ergebnisse.

Die im Phagenkopf enthaltene Nukleinsäure ist durch eine Proteinhülle geschützt. Es ist die Hauptsubstanz zur Lebenserhaltung des Virus. An seinem unteren Ende geht der Kopf in einen Fortsatz über, der in einer sechseckigen „Plattform“ (Basalplatte) mit sechs kurzen Fortsätzen (Spitzen) und sechs langen Fibrillen (Fäden) endet. Der Fortsatz ist auf seiner gesamten Länge, vom Kopf bis zur Platte, von einer Hülle umgeben. Bei den Prozessen handelt es sich um Rezeptoren, die Rezeptoren auf der Oberfläche von Bakterienzellen erkennen, bei denen es sich um Transportproteine handelt, die die Prozesse des Eintritts und der Freisetzung von Substanzen aus der Zelle durchführen. Diese Interaktion ist sehr spezifisch. Aus diesem Grund eignet sich der Bakteriophage nur für einen bestimmten Bakterienzellstamm als „Schlüssel zum Schloss“. Bakteriophagen spielen eine wichtige evolutionäre Rolle bei der Bildung neuer Bakterienzellstämme, da gemäßigte Phagen in der Lage sind, sich in die DNA der Wirtszelle zu integrieren, einen Teil der zellulären DNA einer Bakterienzelle einzufangen und in das Genom einer anderen einzubringen Zelle durch den Prozess der Transduktion. Dieser Prozess gewährleistet den Austausch genetischer Informationen zwischen Bakterien desselben oder verschiedener Stämme und ersetzt den typischen sexuellen Prozess, der bei Bakterien fehlt.

Der Lebenszyklus des Phagen beträgt 30 Minuten, aber manchmal verlängert sich der Zeitraum auf 1 Stunde oder verkürzt sich auf 15 Minuten, abhängig von den Umgebungsbedingungen: Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Druck, Dichte der atmosphärischen Schichten. Während des Reproduktionsprozesses freigesetzte Viruspartikel sind an der Infektion gesunder Zellen beteiligt, was zum Tod der gesamten Population von Bakterien, Actinomyceten, Rickettsien, Trepanosomen und Candida-Pilzen führt.

Diese Eigenschaft von Bakteriophagen, Bakterien zu zerstören, wird zur Vorbeugung und Behandlung von bakteriellen Erkrankungen, meist des Magen-Darm-Trakts, nämlich Salmonellose, Staphylokokken und anderen Enterobakterien sowie einigen anderen Infektionen, genutzt. 10-15 Minuten nach der Einführung von Bakteriophagen in den Körper tritt der Erreger auf von Pest, Typhus, Ruhr, Salmonellose werden neutralisiert. Somit sind Bakteriophagen aus Sicht der menschlichen Gesundheit wirksame und sichere Quellen für den biologischen Schutz des Körpers. Westliche Länder, die an antivirologischen Materialien, Impfstoffen und Enzymen interessiert sind, haben große Summen in die Entwicklung, Einführung und den Kauf teurer Medikamente investiert. Dies war eine der Richtungen der staatlichen Schutzpolitik

Diese Methode hat jedoch einen gravierenden Nachteil. Bakterien sind variabler (im Hinblick auf die Abwehr von Phagen) als Bakteriophagen, sodass Bakterienzellen relativ schnell unempfindlich gegenüber Phagen werden. Diese Methode zum Schutz des menschlichen Körpers kann nicht angewendet werden, wenn die Bakterienzellen zusätzlich zur Zellwand über Schleimhäute und -schichten und -kapseln verfügen. Diese Formationen auf der Oberfläche von Bakterien schützen sie zuverlässig vor dem Eindringen von Bakteriophagen in Zellen, da sie nicht in der Lage sind, an ihrer Oberfläche zu adsorbieren, und dies sind Voraussetzungen dafür, dass das Virus beginnt, in die Bakterienzelle einzudringen.

KAPITEL 2. LABORDIAGNOSTIK

Bei der Diagnose von Infektionskrankheiten spielen Laboruntersuchungen eine wichtige Rolle. Die Entwicklungsgeschichte der Labordiagnostik ist recht umfangreich. Zu Beginn seiner historischen Entwicklung wurden tierische Organismen als wichtigste Laborforschungsmethode eingesetzt. Die Diagnose war ein arbeitsintensiver und teurer Prozess. Und das Vorliegen einer Virusinfektion wurde anhand der Art der Schädigung der inneren Organe der Tiere beurteilt. Diese organisatorische Forschungsebene wurde ersetzt, als Hühnerembryonen in die Laborpraxis eingeführt wurden. Möglich wurde dies dadurch, dass der amerikanische Virologe Hernst 1941 das Phänomen der Hämagglutination entdeckte – die Fähigkeit von Viren, rote Blutkörperchen zu verkleben, die Sauerstoff transportieren und eine Reihe wichtiger Funktionen erfüllen. Viele Wissenschaftler untersuchen dieses Problem. Dieses Modell wurde zur Grundlage für die Untersuchung der Interaktion eines Virus und einer Zelle. Der Mechanismus der Hämagglutinationsreaktion basiert auf dem Mechanismus der Virusadsorption an der Oberflächenmembran von Erythrozyten, was zu deren Verklebung führt, da ein Viruspartikel mehrere Erythrozyten einfangen kann. Die Entdeckung der Möglichkeit, Zellen unter künstlichen Bedingungen zu kultivieren, war ein revolutionäres Ereignis, das der Isolierung, Diagnose und Untersuchung einer großen Anzahl von Viren diente. Es wurde möglich, kultivierte Impfstoffe zu erhalten.

Die Methoden der Labordiagnostik variieren je nach Empfindlichkeit Und Spezifität.

2.1 Mikrobiologische Methode

Mikrobiologische Methode Die Diagnostik basiert auf dem Nachweis von Krankheitserregern in biologischem Material. Zum Einsatz kommen Lichtoptik und Elektronenmikroskopie.

Die mikrobiologische Methode wird häufig bei der Diagnose von Infektionskrankheiten bakterieller, protozoischer Ätiologie und seltener viraler Erkrankungen eingesetzt.

Die Labordiagnostik von Infektionskrankheiten erfolgt in drei Hauptbereichen:

Suche nach dem Erreger im dem Patienten entnommenen Material (Kot, Urin, Auswurf, Blut, eitriger Ausfluss usw.);

Bestimmung spezifischer Antikörper im Serum – serologische Diagnostik;

Bestimmung der erhöhten Empfindlichkeit des menschlichen Körpers gegenüber Infektionserregern – allergische Methode.

Zur Identifizierung eines Infektionserregers und seiner Identifizierung (Bestimmung des Erregertyps) werden drei Methoden verwendet: mikroskopische, mikrobiologische (bakteriologische) und biologische.

Mit der mikroskopischen Methode können Sie den Erreger direkt im Material des Patienten nachweisen. Diese Methode ist entscheidend für die Diagnose von Gonorrhoe, Tuberkulose und durch Protozoen verursachten Krankheiten: Malaria, Leishmaniose, Balantidiasis, Amöbiasis. Die Besonderheiten der mikroskopischen Methode für diese Infektionen werden durch die Erreger der erheblichen morphologischen Unterschiede dieser Krankheiten verursacht. Merkmale der Morphologie pathogener Mikroorganismen spielen bei der Diagnose eine wichtige Rolle. Die mikroskopische Methode ermöglicht jedoch keine Diagnose von Infektionen wie Typhus, Paratyphus und Ruhr, da es morphologisch unmöglich ist, ihre Erreger (alle gramnegative Stäbchen) zu unterscheiden. Um die gleiche Morphologie von Mikroorganismen zu unterscheiden, müssen diese in Reinkultur gewonnen und bestimmt werden, was mit einer mikrobiologischen (bakteriologischen) Untersuchungsmethode erfolgen kann.

Die Wirksamkeit einer mikroskopischen Methode wird durch ihre Sensitivität und Spezifität bestimmt. Die Spezifität wird durch eine mögliche Fehlidentifizierung des Erregers aufgrund von Artefakten eingeschränkt. Darüber hinaus ist bei der Durchführung einer mikroskopischen Untersuchung die Untersuchungstechnik wichtig.

2.2. Bakteriologische Methode

Der Einsatz der bakteriologischen Methode ermöglicht es, den Erreger in Reinkultur aus vom Patienten gewonnenem Material zu isolieren und anhand der Untersuchung einer Reihe von Eigenschaften zu identifizieren. Bakteriologische Laboratorien sind aufgerufen, bakteriologische Erkrankungen zu diagnostizieren, Tierseuchen zu bekämpfen und sich an der Organisation und Durchführung antiepidemiologischer Maßnahmen sowie der Beseitigung viraler Erkrankungen zu beteiligen. Die meisten Bakterien können auf verschiedenen künstlichen Nährmedien kultiviert werden. Das Hauptkriterium, das Nährmedien erfüllen müssen, ist zunächst einmal ihr Nährwert. Eine ausreichende Menge an Proteinen, Enzymen und Wachstumshormonen, die die Ernährungsbedingungen stabilisieren und die Umwelt gut bereichern. Das Hauptverdickungsmittel für das Medium ist das Polysaccharid Agar-Agar. Mit seiner Hilfe werden die Nährmedien dichter, was bei der Kultivierung von Mikroorganismen eine wichtige Rolle spielt, weshalb die bakteriologische Methode bei der Diagnose vieler Infektionskrankheiten wichtig ist.

Bei einem positiven Ergebnis ermöglicht die bakteriologische Methode die Bestimmung der Empfindlichkeit des isolierten Erregers gegenüber antimikrobiellen Arzneimitteln. Die Wirksamkeit dieser Studie hängt jedoch von vielen Parametern ab, insbesondere von den Bedingungen für die Sammlung des Materials und seinen Transport ins Labor. Die mikrobiologische Methode besteht aus der Beimpfung des Untersuchungsmaterials auf ein Nährmedium, der Reinkultur zur Isolierung und Identifizierung des Erregers. Wenn Infektionserreger (Rickettsien, Viren, Protozoen usw.) nicht auf künstlichen Medien wachsen oder es notwendig ist, den Erreger mikrobieller Assoziationen zu isolieren und dann die biologische Methode zur Infektion anfälliger Tiere anzuwenden.

2.3. Virologische Methode

Virologische Methode umfasst zwei Hauptbühnen: Isolierung von Viren und deren Identifizierung. Materialien können Blut, andere biologische und pathologische Flüssigkeiten sowie Biopsien von Organen und Geweben sein.

Zur Diagnose arboviraler Infektionen werden häufig virologische Blutuntersuchungen durchgeführt. Wenn dafür fertige Zellstrukturen und Medien verwendet werden müssen, sind keine anderen Biomaterialien erforderlich. An zweiter Stelle hinsichtlich der Verfügbarkeit für Labortests stehen virologische Studien mit Zellkulturen. Im Speichel können Tollwut-, Mumps- und Herpes-simplex-Viren nachgewiesen werden. Nasopharyngeale Abstriche werden zur Isolierung von Erregern der Grippe und anderer akuter respiratorischer Virusinfektionen sowie von Masern verwendet. Adenoviren werden in Bindehautabstrichen nachgewiesen. Aus dem Kot werden verschiedene Entero-, Adeno-, Rheo- und Rotaviren isoliert.

Um Viren zu isolieren, werden Zellkulturen, Hühnerembryonen und manchmal auch Labortiere verwendet. Westliche Länder, die an antivirologischen Materialien, Impfstoffen und Enzymen interessiert sind, haben viel Kapital in die Entwicklung, Einführung und den Kauf teurer Medikamente investiert. Dies war eine der Richtungen der staatlichen Schutzpolitik. Die meisten pathogenen Viren zeichnen sich durch ihre Anwesenheit aus Gewebe- und Typspezifität“, Beispielsweise vermehrt sich das Poliovirus nur in Primatenzellen, daher wird eine geeignete Gewebekultur verwendet, um ein bestimmtes Virus zu isolieren. Um einen unbekannten Erreger zu isolieren, empfiehlt es sich, 3-4 Zellkulturen gleichzeitig zu infizieren, vorausgesetzt, dass eine davon empfindlich ist. Das Vorhandensein des Virus in infizierten Kulturen wird durch die Entwicklung einer spezifischen Zelldegeneration, d. h. zytopathogene Wirkung, Nachweis intrazellulärer Einschlüsse sowie basierend auf dem Nachweis eines spezifischen Antigens durch Immunfluoreszenz, positive Hämadsorptions- und Hämagglutinationsreaktionen. Vogelembryonen eignen sich mit ihrem schlecht differenzierten Gewebe zur Kultivierung vieler Viren. Am häufigsten werden Hühnerembryonen verwendet. Bei der Vermehrung in Embryonen können Viren deren Tod (Arboviren), das Auftreten von Veränderungen in der Chorion-Allantois-Membran (Pockenviren) oder im Körper des Embryos, die Ansammlung von Hämagglutininen (Influenzaviren, Mumps) und die Komplementfixierung verursachen virales Antigen in Embryonalflüssigkeiten.

Die Identifizierung von Viren erfolgt mit immunologischen Methoden: Hämagglutinationshemmungsreaktion, Komplementfixierung, Neutralisation, Gelpräzipitation, Immunfluoreszenz.

2.4 Biologische Methode

Biologische Methode besteht darin, Labortiere mit verschiedenen Materialien (klinisch, Labor) zu infizieren, um den Erreger anzuzeigen und einige Eigenschaften von Mikroorganismen zu bestimmen, die ihre Pathogenität charakterisieren (Toxigenität, Toxizität, Virulenz). Als Versuchstiere werden weiße Mäuse, weiße Ratten, Meerschweinchen, Kaninchen usw. verwendet.

Die Fortpflanzung der Krankheit bei einem Tier ist ein absoluter Beweis für die Pathogenität des isolierten Mikroorganismus (bei Tollwut, Tetanus usw.). Daher ist ein biologischer Test an Tieren eine wertvolle und zuverlässige Diagnosemethode, insbesondere für solche Infektionen, deren Erreger in den untersuchten biologischen Medien des menschlichen Körpers in geringen Konzentrationen enthalten sind und auf künstlichen Medien schlecht oder langsam wachsen.

2.5 Immunologische Methode

Immunologische Methode (serologisch) umfasst Untersuchungen von Blutserum sowie anderen biologischen Substraten zur Identifizierung spezifischer Antikörper und Antigene. Die klassische Serodiagnose basiert auf der Bestimmung von Antikörpern gegen einen identifizierten oder vermuteten Erreger. Ein positives Reaktionsergebnis weist auf das Vorhandensein von Antikörpern gegen Krankheitserreger-Antigene im untersuchten Blutserum hin; ein negatives Ergebnis weist auf das Fehlen solcher Antikörper hin. Der Nachweis von Antikörpern gegen den Erreger einer Reihe von Infektionskrankheiten im untersuchten Blutserum reicht nicht aus, um eine Diagnose zu stellen, da er das Vorhandensein einer Immunität nach der Infektion oder nach der Impfung, also „gepaartes“ Blut, widerspiegeln kann Es werden Seren untersucht, wobei das erste in den ersten Krankheitstagen und das zweite im Abstand von 7–10 Tagen entnommen wird. Dabei wird die Dynamik des Anstiegs der Antikörperspiegel beurteilt.

Diagnostisch bedeutsam ist ein Anstieg des Antikörpertiters im Testblutserum um mindestens das Vierfache gegenüber dem Ausgangswert. Dieses Phänomen nennt man Serokonversion. Proteinbestandteile werden unabhängig voneinander in Peptidketten integriert. Bei seltenen Infektionskrankheiten wie Virushepatitis, HIV-Infektion und einigen anderen weist das Vorhandensein von Antikörpern darauf hin, dass der Patient infiziert ist, und hat einen diagnostischen Wert.

Neben der Bestimmung des Antikörpertiters ist bei serologischen Untersuchungen die Bestimmung des Antikörperisotyps möglich. Es ist bekannt, dass beim ersten Treffen des menschlichen Körpers mit einem Krankheitserreger in der akuten Phase der Krankheit ein schnellerer Anstieg der zu IgM gehörenden Antikörper festgestellt wird, deren Spiegel dann, wenn sie einen Maximalwert erreichen, abnimmt. In späteren Krankheitsstadien steigt die Zahl der IgG-Antikörper, die länger bestehen bleiben und in der Rekonvaleszenzphase bestimmt werden. Bei erneuter Begegnung mit dem Erreger äußern sich dank des immunologischen Gedächtnisses humorale Immunreaktionen durch eine schnellere Produktion von IgG-Antikörpern und es werden Antikörper der Klasse M in geringen Mengen produziert. Der Nachweis von IgM-Antikörpern weist auf das Vorhandensein eines aktuellen Infektionsprozesses hin, und das Vorhandensein von IgG-Antikörpern weist auf eine frühere Infektion oder eine Immunität nach der Impfung hin.

Unter Berücksichtigung der Merkmale der primären und sekundären Immunantwort ermöglicht die Analyse des Verhältnisses von IgM- und IgG-Antikörpern in einigen Fällen die Differenzierung des Stadiums des Infektionsprozesses (Höhepunkt der Erkrankung, Genesung, Rückfall). Eine zuverlässige Diagnosemethode ist beispielsweise bei der Virushepatitis A (HA) die Bestimmung von Anti-HAV-IgM-Antikörpern im Blutserum. Ihr Nachweis weist auf eine aktuelle oder kürzlich stattgefundene HAV-Infektion hin. Proteinbestandteile werden unabhängig voneinander in Peptidketten integriert.

Serologische Tests zum Nachweis von Antikörpern bei Infektionskrankheiten sind eine zugänglichere Methode der Labordiagnostik als die Isolierung des Erregers. Manchmal dient eine positive serologische Reaktion als einziger Beweis für die Begegnung und Interaktion des Organismus mit dem Erreger der entsprechenden Infektionskrankheit. Darüber hinaus können eine Reihe von Erkrankungen mit ähnlichem Krankheitsbild (z. B. Rickettsiose, Enterovirus-Infektionen) nur serologisch unterschieden werden, was die Bedeutung serologischer Methoden in der Diagnose von Infektionskrankheiten widerspiegelt.

ABSCHLUSS

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