М. В. Бадлеева Краткий курс лекций по микробиологии

Министерство образования и науки Российской Федерации Бурятский государственный университет

М. В. Бадлеева

КРАТКИЙ КУРС ЛЕКЦИЙ ПО МИКРОБИОЛОГИИ, ВИРУСОЛОГИИ, ИММУНОЛОГИИ

Рекомендовано Учебно-методическим советом БГУ в качестве учебного пособия для студентов специальности 060101.65 Лечебное дело

Улан-Удэ

2013

1

УДК 579(075.5) Б 153

Утверждено к печати редакционно-издательским советом Бурятского государственного университета

Рецензенты

А.Г. Мархаев, канд. мед. наук

И.С. Башелханов, канд. мед. наук

Бадлеева М.В.

Б 153 Краткий курс лекций по микробиологии, вирусоло-

гии, иммунологии: учеб. пособие. – Улан-Удэ: Издательство Бурятского госуниверситета, 2013. – 202 с.

В учебном пособии представлен лекционный материал по медицинской микробиологии, вирусологии, иммунологии в соответствии с учебной программой по микробиологии, вирусологии, иммунологии для студентов специальности 060101.65 Лечебное дело.

Пособие рекомендуется для самостоятельной работы и подготовки к практическим занятиям по общей и частной микробиологии, вирусологии студентов медицинских факультетов.

© М.В. Бадлеева, 2013 © Бурятский госуниверситет, 2013

2

Список сокращений
РНК	– рибонуклеиновая кислота
ДНК	– дезоксорибонуклеиновая кислота
ГНТ	– гиперчувствительность немедленного типа
ГЗТ	– гиперчувствительность замедленного типа
РГА	– реакция гемагглютинации
РНГА	– реакция непрямой гемагглютинации
РСК	– реакция связывания комплемента
РТГА	– реакция торможения гемагглютинации
рРНК	– рибосомальная рибонуклеиновая кислота
ВГВ	– вирус гепатита В
Ig	– иммуноглобулин
ID	– летальная доза
LD	– инфицирующая доза
REC-система	– контролирующая группа генов
Н	– гемагглютинин
N	– нейраминидаза
М	– матриксные и мембранные белки
NP	– нуклеопротеин
Р	– белки полимеразного комплекса

3

ВВЕДЕНИЕ

В учебном пособии «Краткий курс лекций по микробиологии, вирусологии, иммунологии» для студентов специальности 060101.65 Лечебное дело представлен теоретический материал в виде лекций по общей и частной микробиологии, вирусологии, иммунологии в соответствии с учебной программой. В пособии также приведены сведения по морфологии, культуральным свойствам, ферментативной активности, антигенной структуре, факторам патогенности возбудителей, культуральным исследованиям, применяемым в практическом здравоохранении. Пособие состоит из 32 разделов.

Полученные знания по микробиологии, вирусологии, иммунологии помогут студентам разобраться в вопросах частной микробиологии, вирусологии, рационально подойти к выбору методов исследования. Владение данным материалом необходимо каждому врачу независимо от избранной им специальности, важно в процессе интерпретации результатов исследования при диагностике заболеваний в практической деятельности врача.

4

Лекция 1

ПРЕДМЕТ И ЗАДАЧИ МИКРОБИОЛОГИИ, ВИРУСОЛОГИИ

Микробиология (от греч. мicros – малый, bios – жизнь, logos – учение, т.е. микробиология – учение о малых формах жизни) – это наука о строении, жизнедеятельности и экологии микробов, не видимых невооруженным глазом. Микробиология изучает закономерности жизни и развития микроорганизмов в их единстве с окружающей средой.

В истории развития микробиологии можно выделить пять периодов:

1)эвристический;

2)морфологический;

3)физиологический;

4)иммунологический;

5)молекулярно-генетический.

Эвристический период связан с именем Гиппократа (III-IV вв. до н.э.). Он высказал догадку о том, что болезни, передающиеся от человека к человеку, вызываются невидимыми, неживыми веществами – «миазмами». До открытия микробов люди пользовались плодами деятельности микробов (виноделие, хлебопечение и т.д.). Джералимо Фракасторо (ХV–ХVI вв.) выдвинул гипотезу, что болезни вызывают «живые контагии», передающиеся через воздух или через предметы, и необходима изоляция больного, уничтожение контагий и т.д.

Морфологический период. Антоний ван Левенгук (1632–1723 гг.)

открыл феномен бактерий, создал микроскоп. Первым исследователем микробов в России был врач М.М. Тереховский (1740–1796 гг.).

Физиологический период (середина ХIХ в.). Луи Пастер (1822– 1895 гг.) открыл природу брожения, анаэробиоз, опроверг теорию самозарождения, обосновал принцип стерилизации, разработал принцип вакцинации и способы получения вакцин.

Р. Кох разработал метод выделения чистых культур на твердых питательных средах, способы окраски бактерий анилиновыми красителями, открыл возбудителей сибирской язвы, холеры (запятой Коха), туберкулеза (палочки Коха), совершенствовал технику мик-

5

роскопии. Экспериментально обосновал критерии Хенле, известные сегодня как постулаты (триада) Хенле-Коха.

Иммунологический период. Основоположниками иммунологии являются Л. Пастер, И.И. Мечников, П. Эрлих. Л. Пастер открыл и разработал принцип вакцинации; И.И. Мечников разработал фагоцитарную теорию – основу клеточной иммунологии; П. Эрлих высказал гипотезу об антителах, развил гуморальную теорию иммунитета.

Современный молекулярно-генетический этап развития микро-

биологии, вирусологии и иммунологии начался во второй половине XX века в связи с достижениями генетики и молекулярной биологии, созданием электронного микроскопа.

В опытах над бактериями была доказана роль ДНК в передаче наследственных признаков. Использование бактерий, вирусов, а затем и плазмид в качестве объектов молекулярно-биологических и генетических исследований привело к более глубокому пониманию фундаментальных процессов, лежащих в основе жизни. Выяснение принципов кодирования генетической информации в ДНК бактерий и установление универсальности генетического кода позволили лучше понимать молекулярно-генетические закономерности, свойственные более высшим организмам.

Расшифровка генома кишечной палочки сделала возможным конструирование и пересадку генов. К настоящему времени генная инженерия создала новые направления биотехнологии.

Расшифрованы молекулярно-генетическая организация многих вирусов и механизмы их взаимодействия с клетками, установлены способность вирусной ДНК встраиваться в геном чувствительной клетки и основные механизмы вирусного канцерогенеза.

Подлинную революцию претерпела иммунология, далеко вышедшая за рамки инфекционной иммунологии и ставшая одной из наиболее важных фундаментальных медико-биологических дисциплин. К настоящему времени иммунология – это наука, изучающая не только защиту от инфекций. В современном понимании иммунология – это наука, исследующая механизмы самозащиты организма от всего генетически чужеродного, поддержания структурной и функциональной целостности организма.

Иммунология в настоящее время включает ряд специализированных направлений, среди которых, наряду с инфекционной иммунологией, к наиболее значимым относятся иммуногенетика, им-

6

муноморфология, трансплантационная иммунология, иммунопатология, иммуногематология, онкоиммунология, иммунология онтогенеза, вакцинология и прикладная иммунодиагностика.

Перспективы развития микробиологии, вирусологии, имму-

нологии. В современный период микробиология, вирусология и иммунология представляют одно из ведущих направлений биологии и медицины, интенсивно развивающееся и расширяющее границы человеческих знаний.

Иммунология вплотную подошла к регулированию механизмов самозащиты организма, коррекции иммунодефицитов, решению проблемы СПИДа, онкозаболеваний.

Создаются новые генно-инженерные вакцины, появляются данные об открытии инфекционных агентов – возбудителей «соматических» заболеваний (язвенная болезнь желудка, гастрит, гепатит, инфаркт миокарда, склероз, отдельные формы бронхиальной астмы, шизофрения и др.).

Появилось понятие о новых и возвращающихся инфекциях

(emerging and reemerging infections). Примеры возвращения старых патогенов – микобактерии туберкулеза, риккетсии группы клещевой пятнистой лихорадки и ряд других возбудителей природноочаговых инфекций. Среди новых патогенов – вирус иммунодефицита человека (ВИЧ), легионеллы, бартонеллы, эрлихии, хеликобактер, хламидии (Chlamydia pneumoniae). Наконец, открыты вироиды и прионы – новые классы инфекционных агентов.

Вироиды – инфекционные агенты, вызывающие у растений поражения, сходные с вирусными, однако эти возбудители отличаются от вирусов рядом признаков: отсутствием белковой оболочки (голая инфекционная РНК), антигенных свойств, одноцепочечной кольцевой структурой РНК (из вирусов – только у вируса гепатита D), малыми размерами РНК.

Прионы (proteinaceous infectious particle – белкоподобная инфекци-

онная частица) представляют собой лишенные РНК белковые структуры, являющиеся возбудителями некоторых медленных инфекций человека и животных, характеризующихся летальными поражениями центральной нервной системы по типу губкообразных энцефалопатий

– куру, болезнь Крейтцфельдта-Якоба, синдром Герстманна- Страусслера-Шайнкера, амниотрофический лейкоспонгиоз, губкообразная энцефалопатия коров (коровье «бешенство»), скрепи у овец, энцефалопатия норок, хроническая изнуряющая болезнь оленей и ло-

7

сей. Предполагается, что прионы могут иметь значение в этиологии шизофрении, миопатий. Существенные отличия от вирусов, прежде всего отсутствие собственного генома, не позволяют пока рассматривать прионы в качестве представителей живой природы.

Микробиология и вирусология как фундаментальные биологические науки также включают ряд самостоятельных научных дисциплин со своими целями и задачами: общую, техническую (промышленную), сельскохозяйственную, ветеринарную и имеющую наибольшее значение для человечества медицинскую микробиологию и вирусологию.

Медицинская микробиология и вирусология изучает возбудителей инфекционных болезней человека (их морфологию, физиологию, экологию, биологические и генетические характеристики), разрабатывает методы их культивирования и идентификации, специфические методы их диагностики, лечения и профилактики.

К отдельным наиболее важным разделам медицинской микробиологии и вирусологии можно отнести клиническую микробиологию, санитарную микробиологию, медицинскую микологию и протозоологию, медицинскую паразитологию, учение о сапронозах.

Вклад отечественных ученых в развитие науки. И.И. Мечни-

ков открыл и изучил фагоцитоз; Д.И. Ивановский открыл вирусы; Ф.А. Леш открыл амебиаз – заложил основу протозоологии; Н.Г. Габричевский (1892 г.) впервые ввел курс бактериологии в МГУ (ныне кафедра микробиологии с вирусологией и иммунологией ММА им. И.М. Сеченова); Н.Г. Габричевский (1896 г.) организовал I бактериологический институт в Москве (ныне ИМиЭ им. Н.Г. Габричевского); Н.Н. Гинзбург и соавт. разработали живые вакцины против сибирской язвы; Б.Я. Эльберт и Н.А. Гайский – вакцину против туляремии; М.П. Чумаков и А.А. Смородинцев – вакцину против полиомиелита; А.А. Смородинцев и др. – вакцину против кори; П.Ф. Здродовский – вакцину против Ку-лихорадки; А.А. Смородинцев – вакцину против гриппа; П.А. Вершилова – вакцину против бруцеллеза; А.А. Воробьев, Г.В. Выгодчиков и соавт. – полианатоксины против столбняка, раневых инфекций и ботулизма и т.д.

Предметом изучения микробиологии является морфология, физиология, генетика, систематика, экология микроорганизмов и их взаимоотношения с другими формами жизни.

8

К микроорганизмам как предмету изучения микробиологии относятся представители нормальной микрофлоры организма человека, возбудители различных заболеваний человека. Методы лабораторной диагностики, специфической профилактики и этиотропной терапии также являются предметом изучения микробиологии.

В таксономическом отношении микроорганизмы очень разнообразны. Они включают прионы, вирусы, бактерии, водоросли, грибы, простейшие и даже микроскопические многоклеточные животные.

По наличию и строению клеток вся живая природа может быть разделена на прокариоты (не имеющие истинного ядра), эукарио-

ты (имеющие ядро) и не имеющие клеточного строения формы жизни.

По уровню организации геномов, наличию и составу белоксинтезирующих систем и клеточной стенки все микроорганизмы делят на 4 царства: эукариоты, эубактерии, архебактерии, вирусы и

плазмиды.

К прокариотам, объединяющим эубактерии и архебактерии, относят бактерии, низшие (сине-зеленые) водоросли, спирохеты, актиномицеты, архебактерии, риккетсии, хламидии, микоплазмы. Простейшие, дрожжи и нитчатые грибы – эукариоты.

Задачи медицинской микробиологии. К ним можно отнести установление этиологической (причинной) роли микроорганизмов в норме и патологии; разработка методов диагностики, специфической профилактики и лечения инфекционных заболеваний, индикации (выявления) и идентификации (определения) возбудителей; бактериологический и вирусологический контроль окружающей среды, продуктов питания, соблюдения режима стерилизации и надзор за источниками инфекции в лечебных и детских учреждениях; контроль за чувствительностью микроорганизмов к антибиотикам и другим лечебным препаратам, состоянием микробиоценозов (микрофлорой) поверхностей и полостей тела человека.

Микробный биоценоз Микроорганизмы – это не видимые простым глазом представи-

тели всех царств жизни. Они занимают низшие (наиболее древние) ступени эволюции, но играют важнейшую роль в экономике, круговороте веществ в природе, в нормальном существовании и патологии растений, животных, человека.

Микроорганизмы широко распространены в природе, организме человека, животных, растений. Видовой состав разнообразен, толь-

9

ко бактерий насчитывается около 100 000 видов, грибов – до 250

000видов.

Ворганизме человека обитает до 1014 только бактерий, не считая грибов, вирусов и простейших. Микроорганизмы, населяющие организм человека, составляют его микроэкологию и играют роль в обеспечении нормальной жизнедеятельности организма.

Микроорганизмы окружающей среды составляют макроэкологию, влияют на биологические и природные процессы на планете.

Виды взаимоотношений. Взаимоотношения между организмом и микробами могут иметь положительный или отрицательный характер сосуществования:

форма симбиоза, выгодного как для организма, так и для микроорганизмов (м/о), т.е. комменсализма;

форма паразитизма, когда м/о, существуя за счет организма, наносит ему ущерб.

Группы микроорганизмов. Все микроорганизмы подразделяют на патогенные, или болезнетворные, т.е. способные вызвать инфекционное заболевание; условно-патогенные, которые могут вызвать болезни при определенных условиях; сапрофиты, т. е. неболезнетворные (непатогенные) микробы, не вызывающие заболеваний у человека.

Роль микробов в патологии человека. Порядка 3 500 видов микроорганизмов патогенны для человека, из них около 1000 видов

– вирусы. Человек подвержен около 10 000 болезням, на долю инфекционных болезней приходится примерно 1/3 всех заболеваний человека. На 1/3 нозоформ приходится около 70 % всех случаев болезней у человека.

Разнообразие мира микробов обусловило дифференциацию микробиологии на ряд разделов и направлений.

Микробиология подразделяется на общую и частную.

Общая микробиология включает анатомию (структура микробов), физиологию, биохимию, генетику, эволюцию, экологию микробов.

Частная микробиология включает медицинскую бактериологию, вирусологию, микологию, протозоологию, санитарную, клиническую, техническую (биотехнология) микробиологию.

Медицинская микробиология изучает биологические свойства возбудителей инфекционных болезней, строение и физиологию микроорганизмов (условия роста и размножения, обмен веществ,

10