На головну

Предмет і завдання біотехнології. Генна інженерія.

Біотехнологія - наука, що вивчає можливості використання живих організмів, їх систем чи продукти їх життєдіяльності для вирішення технологічних задач, а також можливості створення живих організмів з необхідними властивостями методом генної інженерії.

В даний час застосовується в практично у всіх галузях промисловості.

Включає в себе такі напрямки, як:

біохімія

біофізика

молекулярна біологія

генна інженерія

біоорганічна хімія

Особливо інтенсивно біотехнологія стала розвиватися з 1941 року, з виникненням необхідності синтезу таких антибіотиків, як пеніцилін і стрептоміцин, і на даний момент є системою прийомів спрямованого використання процесів життєдіяльності живих організмів для отримання промисловим способом цінних продуктів, що включає в себе створення організмів з наперед заданими властивостями, методами генної інженерії.

Генна інженерія, або технологія рекомбінантних ДНК, зміна за допомогою біохімічних і генетичних методик хромосомного матеріалу - основного спадкового речовини клітин. Хромосомний матеріал складається з дезоксирибонуклеїнової кислоти (ДНК). Біологи ізолюють ті чи інші ділянки ДНК, з'єднують їх в нових комбінаціях і переносять з однієї клітини в іншу. В результаті вдається здійснити такі зміни геному, які природним шляхом навряд чи могли б виникнути.

Методом генної інженерії отримано вже ряд препаратів, в тому числі інсулін людини і противірусний препарат інтерферон. І хоча ця технологія ще тільки розробляється, вона обіцяє досягнення величезних успіхів і в медицині, і в сільському господарстві. У медицині, наприклад, це дуже перспективний шлях створення і виробництва вакцин. У сільському господарстві за допомогою рекомбінантної ДНК можуть бути отримані сорти культурних рослин, стійкі до посухи, холоду, хвороб, комах-шкідників і гербіцидів.

22. Нормальна мікрофлора тіла людини і її значення.

Нормальна мікрофлора людини - це сукупність безлічі мікробіоценозів, що характеризуються певними взаємозв'язками і місцем проживання.

В організмі людини відповідно до умов проживання формуються біотопи з певними мікробіоценозу. Будь мікробіоценоз - це спільнота мікроорганізмів, що існує як єдине ціле, пов'язане ланцюгами харчування та мікроекології.

Види нормальної мікрофлори:

1) резидентная - постійна, характерна для даного виду;

2) транзиторна - тимчасово потрапила, нехарактерна для даного біотопу; вона активно не розмножується.

Нормальна мікрофлора формується з народження. На її формування впливають мікрофлора матері і внутрішньолікарняної середовища, характер вигодовування.

Фактори, що впливають на стан нормальної мікрофлори.

1. Ендогенні:

1) секреторна функція організму;

2) гормональний фон;

3) кислотно-лужний стан.

2. Екзогенні умови життя (кліматичні, побутові, екологічні).

Мікробне забруднення характерно для всіх систем, що мають контакти з навколишнім середовищем. В організмі людини стерильними є кров, ліквор, суглобова рідина, плевральна рідина, лімфа грудної протоки, внутрішні органи: серце, мозок, паренхіма печінки, нирок, селезінки, матка, сечовий міхур, альвеоли легенів.

Нормальна мікрофлора вистилає слизові оболонки у вигляді біоплівки. Цей полісахаридних каркас складається з полісахаридів мікробних клітин і муцину. У ньому знаходяться мікроколонії клітин нормальної мікрофлори. Товщина біоплівки - 0,1-0,5 мм. У ній міститься від декількох сотень до декількох тисяч мікроколоній.

Формування біоплівки для бактерій створює додатковий захист. Усередині біоплівки бактерії більш стійкі до дії хімічних і фізичних факторів.

Етапи формування нормальної мікрофлори шлунково-кишкового тракту (ШКТ):

1) випадкове обсіменіння слизової. У шлунково-кишковому тракті потрапляють лактобацили, клостридії, біфідобактерії, мікрококи, стафілококи, ентерококи, кишкова паличка і ін .;

2) формування мережі з стрічкових бактерій на поверхні ворсинок. На ній фіксуються в основному паличкоподібні бактерії, постійно йде процес формування біоплівки.

Нормальна мікрофлора розглядається як самостійний екстракорпоральний орган з певною анатомічної структурою і функціями.

Функції нормальної мікрофлори:

1) участвие у всіх видах обміну;

2) детоксикація щодо екзо- і ендопродуктов, трансформація і виділення лікарських речовин;

3) участь у синтезі вітамінів (групи В, Е, Н, К);

4) захист:

а) антагоністична (пов'язана з продукцією бактеріоцинів);

б) колонизационная резистентність слизових оболонок;

5) імуногенна функція.

Найбільшою обсемененностью характеризуються:

1) товстий кишечник;

2) ротова порожнина;

3) сечовидільна система;

4) верхні дихальні шляхи;

5) шкіра.

Дитина розвивається в порожнині матки в стерильних умовах і народжується стерильним. Але вже з перших хвилин після народження він вступає в контакт з мікрофлорою навколишнього середовища, і протягом короткого часу його шкірні покриви і слизові оболонки, сполучені із зовнішнім середовищем, заселяються різноманітними мікроорганізмами з повітря, а також в результаті контакту з матір'ю, обслуговуючим персоналом пологового будинки і предметами догляду. В результаті цього формується нова екологічна система - організм людини + населяє його мікрофлора. Ця система дуже динамічна, тому що взаємини в ній - симбіоз мікроорганізмів з макроорганизмом - можуть носити характер мутуалізму, комменсализма або паразитизму.

Під мутуалізмом розуміються такі взаємини, які мають взаємовигідний характер, т. Е. Мікроорганізми харчуються за рахунок свого господаря, але не тільки не завдають йому ніякої шкоди, а, навпаки, приносять користь, наприклад синтезують для нього вітаміни.

Комменсализм - форма співіснування, при якій мікроорганізми харчуються за рахунок свого господаря, не завдаючи йому особливого збитку. Але за певних умов комменсали, якими зазвичай є умовно-патогенні бактерії, можуть стати винуватцями різних, найчастіше гнійно-запальних захворювань (стафілококи, стрептококи, грамнегативні бактерії).

Паразитизм - існування мікроорганізмів за рахунок господаря, що супроводжується нанесенням йому серйозного збитку у вигляді того чи іншого захворювання.

Нормальна, т. Е. В умовах здорового організму, мікрофлора в кількісному і якісному відношенні представлена ??на різних ділянках тіла неоднаково. Причина цього - неоднакові умови проживання на шкірі і слизових оболонках різних органів. Заселення тіла людини мікроорганізмами відбувається в результаті осідання пилу і проникнення їх разом з повітрям, прийнятої їжею і т. Д. Загальна кількість мікроорганізмів, які виявляються у дорослої людини, досягає 1014, Що майже на порядок більше числа клітин всіх тканин людини. У різних ділянках людського тіла відповідно до умов проживання формуються асоціації (біотопи) мікроорганізмів, що складаються з різноманітних видових сполучень. На слизових оболонках, особливо шлунково-кишкового тракту, представники нормальної мікрофлори мешкають у вигляді двох форм: частина з них розташовується в просвіті, інша частина укладена в високогідратірованниі матрикс, який складається з екзополісахарідномуцінових компонентів, утворюючи своєрідну біоплівку. Ув'язнені в цю біоплівку мікроорганізми володіють у порівнянні з просветного більш високу стійкість до дії фізичних, хімічних і біологічних факторів. У разі, коли ці чинники пригнічують компенсаторні можливості екологічної системи (господар і його мікрофлора), можуть виникати мікроекологічні порушення, результатом яких можуть бути різні патологічні стани та інші несприятливі наслідки (формування антибиоти-коустойчівих і атипових штамів, утворення нових мікробних біотопів і т. п.).

Мікрофлора шкіри. Шкірні покриви рясно заселені мікроорганізмами, особливо місця, захищені від дії світла і висихання (пахвові западини, межпалидевие і пахові складки, промежину). Кількість бактерій на 1 см2 варіює від декількох одиниць до сотень тисяч особин. За розрахунками П. Ремленже, загальне число мікробів на шкірі однієї людини коливається від 100 млн до 1 млрд клітин. Суттєве значення має гігієнічне утримання шкірних покривів. Найбільш постійний склад мікрофлори не так на її поверхні, де він нерідко має випадковий характер, а в глибоких шарах її, в області гирл сально-волосяних фолікулів. Найбільш частими представниками шкірної мікрофлори є Staphylococcus epidermidis, S.saprophyticus і гриби роду Candida, рідше зустрічаються діфтероіди, мікрококи. На шкірних покривах умови для розмноження бактерій не дуже сприятливі, так як на них згубно діють висихання, десквамація епітелію, утворюються перекису, кисла рН та інші антимікробні фактори. При нормальному стані шкірних покривів людина не відчуває присутності на них мікроорганізмів, але при травмах, потертості, пітливості, екзематозних ураженнях вони негайно ж дають про себе знати, викликаючи процеси гнильного розкладу, відторгнення епідермісу, запалення сальних і потових залоз і нагноітель-ні процеси. Зрушення мікрофлори шкіри в бік збільшення грамнегативнихбактерій служить вказівкою на порушення її нормального складу.

Мікрофлора верхніх дихальних шляхів представлена ??стрептококами, дифтероїдів, мо-ракселламі, псевдомонадами. Основна маса мікрофлори рото і носоглотки доводиться на частку зеленящего стрептокока (до 99% всіх мікроорганізмів). Постійно, але в меншій кількості, зустрічаються нейссерии, коринебактерії (діфтероіди) і стафілококи. На склад мікрофлори впливають бактерицидні речовини слини (лізоцим, ингибин), фагоцитарна активність лейкоцитів, адсорбційні властивості слизу і вій епітеліальних клітин. При спокійному диханні людина з кожним вдихом поглинає від 1500 до 14 000 і більше мікробних клітин, але всі вони затримуються у верхніх відділах дихальних шляхів (це було доведено дослідженнями плеврального повітря при природному пневмоторакс). Слизова оболонка гортані, трахеї, бронхів і альвеоли здорової людини не містять мікроорганізмів.

Мікрофлора сечостатевого тракту менш багата, але за видовим складом різноманітна і представлена ??стафілококами, дифтероїдів, стрептококами, мікобактеріями, бактероїдами, фузо-бактеріями. У зовнішніх відділах статевих органів і сечовивідних шляхів найчастіше виявляються мікобактерії смегми і фузобактерии. У піхві здорових жінок переважають молочнокислі палички Додерлейна і діфтероіди, значно рідше зустрічаються стрептококи, стафілококи, пептострептококки, клостридії та грамнегативні палички. Число бактерій сечостатевого тракту значно зменшується в міру віддалення від його зовнішніх відділів. Порожнина матки, фаллопієві труби і сечовий міхур здорових людей зазвичай мікробів не містять. На склад мікрофлори сечостатевого тракту впливають бактерицидні властивості секретів статевих шляхів, а у жінок - висока кислотність вагінального секрету (рН 4,0-4,6), яка регулюється молочнокислої паличкою Додерлейна (різні види роду Lactobacillus) за рахунок утвореної нею молочної кислоти при розщепленні вуглеводного компонента слизу, перш за все глікогену. Кисле середовище пригнічує ріст стафілококів і грамнегативних бактерій.

Мікрофлора шлунково-кишкового тракту. Мікрофлора порожнини рота представлена ??численними видами аеробних і анаеробних мікроорганізмів, так як для них тут є цілком сприятливі умови - лужна реакція слини, наявність харчових залишків, сприятлива для розмноження температура (37 ° С). Відразу після народження дитини в його ротової порожнини формується аеробне флора - коки, палички; з прорізуванням зубів з'являються анаеробні бактерії, в тому

числі вібріони, спірили, спірохети, клостридії. У порожнині рота відбувається безперервне забруднення мікробами і самоочищення під впливом лізоциму, ингибина та інших факторів, внаслідок чого формується більш-менш постійна мікрофлора, найбільш частими представниками якої є стафілококи, стрептококи, гриби Candida, лактобактерії, нейссерии, спірохети, вібріони, постійно присутні анаероби - вейллонелли, бактероїди, пептострептококи. Іноді з слини здорових людей виділяють найпростіших, аспергілли, дріжджі та інші мікроорганізми (див. Також гл. 73).

Стравохід у здорових людей зазвичай вільний від мікроорганізмів або заселений ними дуже мало.

Шлунок. У зв'язку з кислою реакцією середовища, несприятливої ??для розвитку мікроорганізмів, в шлунку прижилася специфічна мікрофлора: дріжджі, сарціни, гриби, лактобактерії, стафілококи, стрептококи, кампілобактерії і інші, але не гнильні бактерії (всього до 30 видів). Зміна складу мікрофлори, зокрема поява гнильних бактерій, - ознака порушення нормальної функції шлункової секреції.

Тонка кишка. Мікрофлора не рясна і досить одноманітна: лактобактерії, ентерококи, біфідумбактеріі, E.coli і деякі інші. Розмноженню бактерій перешкоджають бактерії-статічес-кое дію жовчі, секретів слизової оболонки і секреторні імуноглобуліни класу IgAs. У ряді випадків, наприклад, у зв'язку з порушенням шлункової секреції, або з пошкодженням слизової оболонки кишечника в результаті радіаційного опромінення, або внаслідок захворювання печінки, жовчних шляхів та підшлункової залози, або імунодефіциту, у людей розвивається синдром надлишкової колонізації тонкого кишечника. Він полягає в тому, що в тонкій кишці різко збільшується концентрація бактеріальної популяції, аналогічної за видовим і кількісним складом мікрофлори товстого кишечника. Таке накопичення в тонкому кишечнику незвичайної для нього мікрофлори може привести до різних порушень його функції і до явищ ентеральної недостатності.

Мікрофлора товстого кишечника найбільш багата і різноманітна. Особливості умов проживання для мікроорганізмів в товстому кишечнику полягають у тому, що це орган не секреторний, а екскреторної, в ньому відсутній лізоцим, лімфоїдна тканина представлена ??менш потужно, в той же час тут сприятлива рН, температура, велика кількість поживних речовин і т. П. формування мікрофлори товстого кишечника починається з першим подихом дитини, але в перші три дні, поки дитина харчується молозивом (молоко, збагачене імуноглобулінами матері), в товстому кишечнику розмножуються різноманітні, в тому числі гнильні бактерії. Як тільки він починає харчуватися грудним молоком матері, гнильні бактерії зникають і формується постійна мікрофлора, в якій переважають бактерії, що утворюють при ферментації глюкози молочну кислоту. У товстому кишечнику виявлено понад 260 видів бактерій, загальна біомаса їх становить близько 1,5 кг.

Мікрофлору товстого кишечника можна розділити на 4 наступні групи:

Основну масу мікрофлори складають строгі анаероби, не утворюють спор: грамположи-тільні бактерії роду Bifidobacterium і грамнегативні бактерії сімейства Bacteroidaceae. На частку біфідобактерій і бактероїдів доводиться до 96-99% всієї мікрофлори товстого кишечника. Вони виділяються з випорожнень навіть при розведенні Ю-10-10 ~12 ступеня.

Другу групу складають факультативні анаероби, представлені головним чином грамот-ріцательно E.coli і грампозитивними ентерококами і молочнокислими паличками роду Lactobacillus (Спор не утворюють). На їх частку припадає 1-4% всієї мікрофлори.

Третю групу становить так звана залишкова мікрофлора, на яку припадає 0,01-0,001% всіх мікроорганізмів товстого кишечника. До цієї групи належать: Staphylococcus, Proteus, Candida, Clostridium, Pseudomonas.

До четвертої групи належать різні інші представники сімейства Enterobacteriaceae, які можуть тимчасово або постійно виявлятися в кишечнику і викликати кишкові інфекції (Salmonella, Shigella, Enterobacter і інші пологи).

Таким чином, шкірні покриви і слизова оболонка організму заселені різними видами мікроорганізмів, які утворюють з макроорганизмом єдину цілісну екологічну систему. Склад і стан мікрофлори залежать від макроорганізму, але, в свою чергу, і мікрофлора, особливо товстого кишечника, має суттєвий і багатоаспектний вплив на макроорганізм. Її вплив на макроорганізм проявляється в наступному:

1. Вона є одним з важливих факторів природної резистентності організму, так як виявляє високо антагоністичну дію по відношенню до інших, в тому числі патогенних бактерій, перешкоджаючи їх розмноження в організмі. На цю обставину давно вказував І. І. Мечников: «Природа користується конкуренцією нешкідливих мікробів, щоб перешкодити поселенню патогенних мікробів». І. І. Мечникову належить ідея вживання в їжу молочнокислих продуктів з метою придушення розвитку в кишечнику гнильних бактерій і продовження життя людини.

Мікрофлора своїми антигенними факторами стимулює розвиток лімфоїдної тканини організму і, таким чином, також сприяє розвитку неспецифічної і опосередкованої специфічної резистентності.

Мікрофлора, особливо товстого кишечника, бере участь в процесах травлення, в тому числі в обміні холестерину і жовчних кислот.

Важлива роль мікрофлори полягає також в тому, що вона забезпечує організм людини різними вітамінами, які синтезуються її представниками (вітаміни Вь В2, В6, В12, К, нікотинова, пантотенова, фолієва кислоти і ін.). Ці вітаміни забезпечують більшу частину потреб в них організму.

Однак представники нормальної мікрофлори не завжди приносять тільки користь. При певних умовах, зокрема при дії факторів, що знижують природну резистентність, особливо в результаті іонізуючого опромінення, практично всі представники нормальної мікрофлори, за винятком біфідумбактерій, можуть стати винуватцями різних ендогенних інфекцій, найчастіше гнійно-запальних захворювань з різною локалізацією: ангіни, менінгіти , цистити, отити, сепсис, нефрити, апендицити, абсцеси, флегмони і т. п.

Нерідко після перенесених кишкових захворювань і особливо після тривалого і нераціонального застосування антибіотиків виникають дисбактеріози.

Дисбактеріоз - зміна співвідношення і складу нормальної мікрофлори організму, головним чином його кишечника, при якому відбувається зменшення кількості або зникнення зазвичай складових її мікроорганізмів і поява у великій кількості рідко зустрічаються або невластивих їй мікробів. Зазвичай це співвідношення порушується в бік збільшення кількості факультативно-анаеробної або залишкової мікрофлори, головним чином грам-негативних паличок, стафілококів, дріжджоподібних грибів Candida або Clostridium. Дисбактеріози розвиваються тому, що антибіотики, особливо з широким антимікробним спектром, діють не тільки на збудника захворювання, але і на чутливих до них представників нормальної мікрофлори, пригнічуючи їх розмноження. У цих умовах ті мікроорганізми, на які антибіотики не діють, починають безперешкодно розмножуватися, особливо якщо знижена і природна резистентність організму. Найчастіше стійкими є стафілококи, гриби Candida і різні грамнегативні палички (кишкова паличка, протей, псевдомонади). Це і призводить до розвитку дисбактеріозів. Найбільш важкими формами дисбактериозов, що представляють вже самостійні захворювання, є стафілококові пневмонії, стафілококові сепсис, кандидомікозів (в тому числі генералізовані) і антибіотико-асоційовані коліти, особливо стафілококовий і псевдо-мембранозний коліт, викликаний Clostridium difficile. Для лікування дисбактеріозів кишечника і колітів рекомендується застосування спеціальних бактерійних препаратів, що сприяють відновленню нормальної мікрофлори: колибактерин (висушена суспензія живих бактерій антагоністично активного щодо шигел Флекснера і Зонне штаму E.coli М-17), біфідумбактерій (висушена суспензія живих біфідобактерій), лактобактерин (висушена суспензія антагоністично активних штамів лактобактерій), біфікол (висушена суспензія живих антагоністично активних біфідобактерій і E.coli М-17), бактісубтіл або інших, подібних за призначенням і складом біопрепаратів.



 Плазміди бактерії. Види плазмід. Функції плазмід бактерій. |  Методи санітарно-бактеріологічного дослідження води.

 Типи дихання бактерій |  Зростання і розмноження бактерій |  Основні принципи культивування бактерій. Методи культивування анаеробів. виділення клітин |  Живильні середовища і їх класифікація. Тербованія, що пред'являються до живильних середовищ. |  Структура і хімічний склад вірусів. |  Принципи классітфікаціі вірусів. |  Культивування вірусів. Бактеріофаги. |  Застосування фагів в медицині і мікробіології. |  Мінливість у бактерій |  Види генетичної рекомбінації у бактерій. |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати