1.  _Вирусы.

Вирусы (лат.- яд) - мельчайшие возбудители многочисленных инфекци-

онных заболеваний человека, животных, растений и бактерий. Являются

внутриклеточными паразитами, не способные к жизнедеятельности живых

клеток. Это неклеточная форма жизни.

Первооткрыватель вирусов Д. И. Ивановский выявил два их основных

свойства - они столь малы, что проходят через фильтры, задерживающие

бактерии, и их невозможно, в отличие от клеток, выращивать на ис-

кусственных питательных средах. Лишь с помощью электронного микрос-

копа удалось увидеть эти мельчайшие из живых существ и оценить мно-

гообразие их форм.

Ни один из известных вирусов не способен к самостоятельному су-

ществованию. Вирусы могут существовать в двух формах: внеклеточной и

внутриклеточной. Вне клеток вирионы (вирусные частицы) не обнаружи-

вают признаков жизни. Попав в организм, они проникают в чувствитель-

ные к ним клетки и переходят из покоящейся формы в размножающуюся.

Начинается сложное и многообразное взаимодействие вирусов и клетки,

заканчивающееся образованием и выходом в окружающую среду дочерних

вирионов.

В зависимости от длительности пребывания вируса в клетке и харак-

тера изменения её функционирования различают три типа вирусной ин-

фекции.

Если образующиеся вирусы одновременно покидают клетку, то она раз-

рывается и гибнет. Вышедшие из неё вирусы поражают новые клетки. Так

развивается 2 литическая 0 (разрушение, растворение) инфекция.

При вирусной инфекции другого типа, называемой 2 персистентной

 2( 0стойкой 2) 0, новые вирусы покидают клетку-хозяина постепенно. Клетка

продолжает жить и делится, производя новые вирусы, хотя её функцио-

нирование может измениться.

Третий тип инфекции называется 2 латентным 0 (скрытым). Генетический

материал вируса встраивается в хромосомы клетки и при её делении

воспроизводится и передаётся дочерними клетками. При определённых

условиях в некоторых из заражённых клеток латентный вирус активиру-

ется, размножается, и его потомки покидают клетки. Инфекция развива-

ется по литическому или персистентному типу.

Болезни, которые вызываются вирусами, легко передаются от больных

здоровым и быстро распространяются. Долгое время полагали, что виру-

сы вызывают острые массовые заболевания. К настоящему времени накоп-

лено много доказательств того, что вирусы являются причиной и раз-

личных хронических болезней длящихся годами и даже десятилетиями.

Разработка методов изучения вирусов, открытие вирусов (теперь их

известно около полутора тысяч), определение диапазона их болезнет-

ворных проявлений и попытки борьбы с ними были основным содержанием

вирусологии первый половины нашего столетия. Именно негативные

свойства вирусов, точнее способность вызывать болезни, послужили

вначале главным стимулом к их изучению. Но в процессе этой работы

были обнаружены многие положительные свойства вирусов ,благодаря ко-

торым во второй половине 20 в. они стали замечательной моделью для

исследования фундаментальных проблем биологии. С их помощью были

сделаны такие выдающиеся открытия, как расшифровка генетического ко-

да и строение генетических нуклеиновых кислот, установлены законо-

мерности синтеза белков. Вирусы оказались основным инструментом ге-

нетической инженерии. Теперь мы знаем что по своему строению и

свойствам вирусы занимают промежуточное место между сложнейшими хи-

мическими веществами (полимерами, макромолекулами) и простейшими ор-

ганизмами (бактериями).

- 2 -

1.1  _Строение и 2  0химический состав вирионов.

Самые крупные вирусы (вирусы оспы) приближаются по размерам к не-

большим размерам бактерий, самые мелкие (возбудители энцефалита, по-

лиомиелита, ящура) - к крупным белковым молекулам, направленных к

молекулам гемоглобина крови. Иными словами, среди вирусов есть свои

великаны и карлики. Для измерения вирусов используют условную вели-

чину, называемую нанометром ( 1нм 0). Один  1нм  0составляет миллионную долю

миллиметра. Размеры разных вирусов варьируют от 20 до нескольких со-

тен 1 нм 0.

Простые вирусы состоят из белка и нуклеиновый кислоты. Наиболее

важная часть вирусной частицы - нуклеиновая кислота - является носи-

телем генетической информации. Если клетки человека, животных, рас-

тений и бактерий всегда содержат два типа нуклеиновых кислот дезок-

сирибонуклиновую кислоту - ДНК и рибонуклеиновую - РНК, то у разных

вирусов обнаружен лишь один тип - или ДНК, или РНК, что положено в

основу их классификации. Второй обязательный компонент вириона -

белки отличаются у разных вирусов, что позволяет распознавать их с

помощью иммунологических реакций.

Более сложные по структуре вирусы, кроме белков и нуклеиновых кис-

лот, содержат углеводы, липиды. Для каждой группы вирусов характерен

свой набор белков, жиров, углеводов и нуклеиновых кислот. Некоторые

вирусы содержат в своём составе ферменты.

Каждый компонент вирионов имеет определённые функции: белковая

оболочка защищает их от неблагоприятных воздействий, нуклеиновая

кислота отвечает за наследственные и инфекционные свойства и играет

ведущую роль в изменчивости вирусов, а ферменты участвуют в их разм-

ножении. Обычно нуклеиновая кислота находится в центре вириона и ок-

ружена белковой оболочкой (капсидом), как бы одета в неё (рис. 1).

Капсид состоит из определённым образом уложенных однотипных белковых

молекул (капсомеров), которые образуют симметричные геометрические

формы в месте с нуклеиновой кислотой вирусы (нуклеокапсид). В случае

кубической симметрии нуклеокапсида нить нуклеиновой кислоты свёрнута

в клубок, а капсомеры плотно уложены вокруг неё. Так устроены вирусы

полиомиелита, ящура и др.

При спиральной (палочковидной) симметрии нуклеокапсида нить вируса

закручена в виде спирали, каждый её виток покрыт капсомерами, темно

прилегающими друг к другу. Структуру капсомеров и внешний вид вирио-

нов можно наблюдать с помощью электронной микроскопии.

Большая часть вирусов, вызывающих инфекции у человека и животных,

имеет кубический тип симметрии. Капсид почти всегда имеет форму ико-

саэдра - правильного двадцатигранника с двенадцатью вершинами и с

гранями из равносторонних треугольников.

Многие вирусы помимо белкового капсида имеют внешнюю оболочку.

Кроме вирусных белков и гликопротеинов она содержит ещё и липиды,

позаимствованные у плазматической мембраны клетки-хозяина. Вирус

гриппа - пример спирального вириона в оболочке с кубическим типом

- 3 -

симметрии.

Современная классификация вирусов основана на виде и формы их нук-

леиновой кислоты, типе симметрии и наличии или отсутствие внешней

оболочки.

1.2  _Размножение вирусов.

Размножение вирусов происходит особым, ни с чем не сравнимым спо-

собом. Сначала вирионы проникают внутрь клетки, и освобождаются ви-

русные нуклеиновые кислоты. Затем "заготавливаются" детали будущих

вирионов. Размножение заканчивается сборкой новых вирионов и выходом

их в окружающую среду.

Рассмотрим простейший способ размножения вирусов (рис. 2). Предс-

тавим себе некий обобщённый вариант вирусной частицы, состоящей из

двух основных компонентов - нуклеиновой кислоты (РНК или ДНК), зак-

лючённой в белковой чехол (оболочку). Встреча вирусов с клетками на-

чинается с его адсорбций, то есть прикрепления к клеточной стенки,

плазматической мембране клетки. Причём каждый вирион способен прик-

репляться лишь к определённым клеткам, имеющие специальные рецепто-

ры. На одной клетке могут адсорбироваться десятки и даже сотни вири-

онов. Затем начинается внедрение или проникновение вириона в клетку,

которое осуществляет она сама. Этот процесс называется виропексисом.

Клетка как бы "втягивает" прикрепившихся вирионов внутрь.

Более просто устроены бактерии не способны сами захватывать вирионы

из окружающей среды. Этим,по-видимому, и можно объяснить наличие у

поражающих их вирусов сложного и совершенного аппарата, подобно

шприцу, впрыскивающего нуклеиновые кислоты.

В зараженной клетке бактериальные ферменты репликации синтезируют

комплементарную ей цепь, которая служит матрицей для образования фа-

говых ДНК. Они соединяются с фаговыми белками, также синтезированные

бактериальными ферментами, и новые фаги покидают клетку-хозяина.

Разнообразие видов и форм вирусов нуклеиновых кислот определяет и

разнообразие способов их репликации. Бактериофаг (вирус, который по-

селяется в клетках бактерий) Т4 имеет одну двухцепочечную линейную

молекулу, состоящую из 160 x 10 53 0 пар нуклеотидов. В ней закодировано

более 150 различных белков, в том числе более 30 белков, участвующих

в репликации фаговой ДНК. Обезьяний вирус SV40 имеет двухцепочечную

кольцевую ДНК. Репликация у вирусов с двухцепочечной ДНК принципи-

ально не отличается от репликации бактериальной и или эукариотичес-

кой ДНК.

Многие вирусы растений содержат одну линейную молекулу РНК, напри-

мер первый из описанных вирус табачной мазаики (ВТМ). Молекула РНК

ВТМ заключена в белковый капсид, состоящий из 2130 идентичных поли-

пептидных субъединиц.

- 4 -

Репликация РНК вируса табачной мозаики осуществляется ферментом,

называемым 1 РНК-зависимой РНК-полимеразой 0, закодированной в геноме

вируса. Сначала этот фермент строит комплементарную РНК, а затем по

ней, как по матрице, синтезирует множество вирусных РНК.

Поразительно, как вирусы, которые в десятки и даже сотни раз мень-

ше клеток, умело и уверенно распоряжаются клеточным хозяйством. Для

построения себе подобных они используют клеточные материалы и энер-

гию. Размножаясь, они истощают клеточные ресурсы и глубоко, часто

необратимо, нарушают обмен веществ, что в конечном счёте является

причиной гибели клеток.

1.3  _Болезнетворные свойства вирусов.

Диапазон патологических процессов, вызываемых вирусами, очень ши-

рок (таб. ). Здесь и так называемые генерализованные инфекции

(грипп, корь, бешенство, свинка, оспа и др.), и местные поражения

кожи и слизистых оболочек (герпес, бородавки), и болезни отдельных

органов и тканей (миокардиты, гепатиты, лейкозы), и, наконец, злока-

чественные образования (рак, саркома у животных). Распространёными

заболеваниями остаются грипп и острые респираторные заболевания,

корь, вирусный гепатит, тропические лихорадки, герпес и другие ви-

русные болезни. В природе существует мало чисто человеческих виру-

сов; все они близки и аналогичны соответствующим вирусам животным.

Какова вероятность встречи с вирусами? С возбудителями гриппа, ко-

ри, свинки, герпеса, цитомегалии, гастроэнтерита и различных ОРЗ

контакты практически неизбежны (90-100%); с вирусами вызывающими ге-

патит, краснуху, бешенство, везикулярный стоматит, полиомиелит, мио-

кардиты, встреч можно избежать. Так или иначе, но человек на протя-

жении всей жизни подвергается опасности заразиться и заболеть ка-

кой-либо вирусной инфекцией, хотя существует определённая возрастная

чувствительность к вирусам.

Ещё не родившемуся плоду человека грозят два вируса - краснухи и

цитомегалии, которые передаются внутриутробно и очень опасны. Ново-

рождённые и грудные младенцы ещё более уязвимы: им угрожают вирусы

герпеса 1-го и 2-го типа и вирус гепатита. Также подстерегают их но-

вые опасности - грипп, различные ОРЗ, полиомиелит, острые гастроэн-

териты.

Таблица

┌────────────────────┬────────────┬─────────────────────────────────┐

│Основные семейства, │ Вероятность│ Болезни, вызываемые вирусами │

│роды вирусов, │ встречи с │ │

│отдельные вирусы │ вирусами(%)│ │

└────────────────────┴────────────┴─────────────────────────────────┘

 2ДНК - содержащие вирусы

 2Семейство вирусов 0 │ неизвестно │ оспа человека и животных

 2оспы 0 │ │

 2Семейство вирусов 0 │ 90-100 │

 2герпеса 0 │ │

Вирус герпеса │ 50-70 │ болезни глаз, слизистых оболочек,

тип 1 │ │ кожи: иногда опухоли и энцефалиты

Вирус герпеса │ 10-70 │

тип 2 │ │

Вирус ветрянной │ 100 │ ветрянная оспа

оспы │ │

Цитомегаловирус │ 90 │ цитомегалия

Вирус Эпстайна- │ │

Барра │ неизвестно │ опухали гортани

Гепадновирусы │ 10-15 │ гепатит В (сывороточной гепатит)

│ │

- 5 -

 2Семейство адено- 0 │ │

 2вирусов 0 │ 90 │ острые респираторные заболевания,

│ │ болезни глаз

 2Род папиллома- 0 │ │

 2вирусов 0 │ 50 │ бородавки

 2Род полиома- 0 │ │

 2вирусов 0 │ 10-30 │ энцефалопатии, возможно опухали

 2РНК - содержащие вирусы

 2Семейство рабдо- 0 │ │

 2вирусов 0 │ 10-30 │ бешенство, везикулярный стоматит

 2Семейство корона- 0 │ │

 2вирусов 0 │ 50-70 │ острые респираторные заболевания

 2Семейство парамиксо- 0│ │

 2вирусов 0 │ 100 │ острые респираторные заболевания

Вирус паротита │ 100 │ эпидемический паротит (свинка)

Вирус кори │ 100 │ корь

 2Семейство ортомиксо- 0│ │

 2вирусов 0 │ 100 │ грипп A, B, C

 2Семейство бунья- 0 │ │

 2вирусов 0 │неизвестно │ энцефалиты, москитные лихорадки

 2Семейство ретро- 0 │ │

 2вирусов 0 │неизвестно │ предполагаемые возбудители рака

│ │ саркомы, лейкозов

 2Семейство рео- 0 │ │

 2вирусов 0 │ 20-50 │ острые респираторные заболевания

 2Род ротавирусов 0 │ 100 │ острые гастроэнтериты

 2Семейство тога- 0 │ │

 2вирусов 0 │неизвестно │ энцефалиты, геморрагические

│ │ лихорадки

 2Род вирусов краснухи 0│ 85 │

 2Семейство пикорна- 0 │ │ краснуха

 2вирусов 0 │ 40-70 │

Энтеровирусы │ 40 │ полиомиелит

Вирусы Коксаки А и B│ 40 │ миокардиты

Риновирусы │ 70 │ острые респираторные заболевания

Вирусы гепатита А │ 40 │ гепатит А (инфекционный)

│ │

────────────────────┴────────────┴──────────────────────────────────

Итак, вирусы являются постоянными спутниками человека от рождения

вплоть до глубокой старости. Считается, что при средней продолжи-

тельности жизни 70 лет около 7 лет человек болеет вирусными заболе-

ваниями. Подсчитано, что в среднем человек ежегодно сталкивается с 2

и более вирусными инфекциями, а всего за жизнь вирусы до 200 раз

проникают в его организм. К счастью, далеко не все встречи заканчи-

ваются болезнями, так как в процессе эволюции человеческий организм

научился успешно справляться со многими вирусами.

1.4  _Полезные вирусы.

Существуют и полезные вирусы. Сначала были выделены и испытаны ви-

русы - пожиратели бактерий (бактериофаги). Однако последовали неуда-

чи. Это было связано с тем, что в организме человека бактериофаги

действовали на бактерии не так активно, как в пробирке. Кроме того,

бактерии очень быстро приспосабливались к бактериофагам и станови-

лись не чувствительными к их действию. После открытия антибиотиков

бактериофаги как лекарство отступили на задний план.

Полезными оказались вирусы поражающие позвоночных животных и насе-

комых. В 50-х годах 20 века в Австралии остро встала проблема с ди-

- 6 -

кими кроликами, которые быстрей саранчи уничтожали посевы сельскохо-

зяйственных культур и приносили огромный экономический ущерб. Для

борьбы с ними использовали вирус миксоматоза. Вирус полиэдроза и

гранулеза уничтожает гусениц и жуков, которые поедают полезные

листья.

1.5  _Лечение вирусных инфекций.

Существуют три основных способа борьбы с вирусными заболеваниями -

вакцинация, применение интерферона и химиотерапия. Каждый из них

действует по-своему: вакцины включают систему иммунитета, интерферон

подавляет размножение вирусов, проникших внутрь клеток, а химиопре-

параты вступают с вирусами в единоборство и приостанавливают начав-

шееся заболевание.

Первый способ - 2 вакцинация 0. Суть его сводится к простой формуле

"Бей врага его же оружием". Вирус здесь вступает против вируса.

В 1796 году английский врач Э. Дженнер попробовал привить оспу ко-

ров (вакцину) здоровым людям, после этой процедуры они не заболевали

оспой. Тогда от оспы ежегодно умирали миллионы людей, и открытие

Дженнера было чрезвычайно важным.

В 1885 году французский учёный Л. Пастер изобрёл вакцину против

бешенства. После открытия вирусов вакцины из убитых или ослабленных

вирусов стали в промышленном масштабе. При введении в организм такие

вирусы не вызывают заболевания, но создают активный иммунитет к дан-

ному вирусу.

Второй способ - 2 химиотерапия 0. В отличие от вакцинации, её конечной

целью является не предупреждение, а лечение. Основная трудность, с

которой сталкиваются при разработке химиотерапии вирусных инфекций,

заключается в том, что вирусы размножаются внутри клеток, используя

их системы, в силу чего любое воздействие на синтез вирусов приводит

к нарушению обмена веществ клеток. В связи с этим большинство препа-

ратов, подавляющих размножение вирусов, параллельно угнетают жизне-

деятельность клетки-хозяина. Поэтому широко известные антибиотики и

антиметаболиты, обладающие выраженной способностью подавлять разви-

тие вирусов в пробирке, малоэффективны в условиях организма.

Третий способ - 2 интерферон 0. В отличие от вакцинации и от химиопре-

паратов, интерферон обладает универсально широким спектром действия

и активен практически против всех вирусов, он действует по принципу

стоп-сигнала и подавляет размножение вирусов, уже проникших внутрь

клеток. Ряд факторов показывает, что, если интерферон вырабатывается

организмом плохо, вирусные заболевания протекают тяжелее. Клиничес-

кие испытания интерферона показали, что он активен при острых респи-

раторных заболеваниях, особенно вызываемых риновирусами, то есть как

раз в тех случаях, когда вакцинация мало перспективна. Применение

интерферона оказалось эффективным и при герпетических поражениях ко-

жи, глаз и слизистых оболочек.

- 7 -

2.  _Бактерии.

Бактерии - широко распространённая в природе группа одноклеточных

микроорганизмов с примитивной формой клеточной организации.

Интенсивное изучение биологических свойств бактерий и их рали в

биосфере началось в середине 19 в., когда появились работы французс-

кого учёного Л. Пастера, немецкого учёного Р. Коха и английского

учёного Д. Листера.

Большинство бактерий не имеют хлорофилла, то есть они не использу-

ют солнечную энергию в процессе обмена веществ, а получают энергию в

результате химических превращений неорганических или органических

соединений, имеющихся в среде их обитания. Бактерии широко распрост-

ранены в природе: их находят в почве, в воде, в растениях, в орга-

низме человека и животных. Они могут существовать в самых разных ус-

ловиях, часто неблагоприятных для жизни других организмов. Бактерии

играют огромную роль в формировании биосферы, в поддержании жизни на

нашей планеты, участвуя в круговороте энергии и веществ в природе.

Среди бактерий имеется относительно небольшое видов, способных вы-

зывать болезни человека, животных и растений. Потенциальная способ-

ность бактерий вызывать инфекционные заболевания называется болез-

нетворностью, или патогенностью. Некоторые бактерии являются условно

патогенными, так как их болезнетворность зависит от ряда условий, в

первую очередь от сопротивляемости организма, в котором эти бактерии

находятся.

2.1  _Строение бактерий.

По форме бактерии делятся на три группы (рис. 3): шаровидные (кок-

ки), палочковидные (бактерии и бациллы) и извитые (вибрионы, спирил-

лы).

Размеры палочковидных бактерий могут быть от 1 до 8 микрометров

(мкм) в длину и от 0,5 до 2 мкм в ширину; средний диаметр шаровидных

0,5-1 мкм (1 мкм равен тысячной доле миллиметра).

Основные структурные элементы бактериальной клетки: оболочка, ци-

топлазма, нуклеоид (рис. 4). Содержимое её тела - протоплазма -

представляет собой желеобразный, вязкий раствор, в котором растворе-

ны различные органические и неорганические соединения и находится

- 8 -

множество мелких гранул.

Протоплазма, окруженная тонкой эластичной мембраной, образует про-

топласт. Толщина мембраны 7-10 нанометров (1 нм равен миллионной до-

ли миллиметра). Её основной компонент - сложные вещества, состоящие

из белков и жиров. Цитоплазматическая мембрана выполняет функцию мо-

лекулярного "сита": пропуская воду и небольшие молекулы некоторых

жирорастворимых веществ, она не пропускает другие низкомолекулярные

соединения, что поддерживает стабильность химического состава про-

топлазмы и защищает бактериальную клетку от попадания в неё вредных

веществ.

Снаружи цитоплазматическая мембрана окружена клеточной стенкой,

обеспечивающей постоянство форы бактерии. Эта стенка толще мембраны

(10-25 нм) и значительно прочнее её. Она имеет эластичные поры диа-

метром 1 нм, через которые свободно протекают относительно крупные

молекулы. Целостность клеточной стенки обеспечивает нормальную жиз-

недеятельность бактерии. Её ослабление или разрушение приводит к

проникновению в бактериальную клетку воды из окружающей среды, её

набуханию, а затем к разрыву цитоплазматической мембраны и вытеканию

содержимого протоплазмы. Этот процесс разрушения бактерии называется

лизисом. Основной компонент стенки - сложное соединение пептидогли-

кан, молекулы которого связаны друг с другом с помощью белковых мос-

тиков и образуют полимерную структуру.

Кроме цитоплазматической мембраны и клеточной стенки, многие бак-

терии окружены капсулой толщиной 0,2 мкм, представляющей собой отно-

сительно плотный, желатинообразный материал, непосредственно приле-

гающей к клеточной стенки. Главный химический компонент капсулы -

полисахарид. Есть основание считать, что капсула защищает клетку от

действия антибактериальных агентов, способных повредить её стенку. У

некоторых патогенных бактерий (возбудителей сибирской язвы и чумы)

капсула содержит вещества, защищающие бактериальную клетку от фаго-

цитоза. Следовательно, капсулу у некоторых бактерий можно рассматри-

вать как один из факторов, определяющих их болезнетворность.

В отличие от клеток высших организмов в бактериальной клетке от-

сутствует дифференцируемое ядро, отделённое от цитоплазмы ядерной

- 9 -

мембраной. Его функции осуществляет находящийся в протоплазме нукле-

оид, представляющий собой замкнутую в кольцо двунитчатую спираль мо-

лекулу дезоксирибонуклеиновой кислоты - ДНК, свёрнутую в виде клуб-

ка. Функция молекулы ДНК бактерий аналогична функции хромосомы кле-

ток высших организмов, то есть в ней сосредоточена генетическая ин-

формация данной бактерии. Ядерное вещество легко обнаруживается при

электронной микроскопии ультратонких срезов бактерий.

В цитоплазме бактерии находится до 10 тысяч рибосом, представляю-

щих собой мелкие гранулы диаметром около 20 нм, с помощью которых в

бактериальной клетке осуществляется синтез белка. В ней содержатся

также различные включения (жиры, крахмал, гликоген, сера) - запас

питательных веществ, используемых бактерией.

Многие бактерии способны активно двигаться с помощью жгутиков,

своеобразных органов движения. Число жгутиков на поверхности клетки

колеблется от 1 до нескольких десятков. Способность бактерий к ак-

тивному движению, вероятно, помогает им быстрее поглощать вещества в

жидкой среде обитания. Есть доказательства, что многие бактерии дви-

гаются в сторону тех участков среды, где имеются наиболее благопри-

ятные условия для их существования, и удаляются от участков, в кото-

рых находятся вещества, вредно действующие на них. Подвижные бакте-

рии нуждаются в кислороде , двигаются к поверхности среды - месту

наивысшей концентрации растворимого кислорода. Можно предположить,

что активное движение помогает патогенным бактериям проникать через

вязкие, слизистые секреты, эпителиальные барьеры и распространяться

в жидкостях и тканях организма.

2.2  _Размножение бактерий.

Большинство бактерий размножаются путём деления, которому пред-

шествует рост бактерии, то есть увеличение массы её клетки. Обычно

палочковидные бактерии в длину увеличиваются в двое, и после дости-

жения ими определённого размера посередине клетки возникает попереч-

ная перегородка, состоящая из цитоплазматической мембраны и клеточ-

ной стенки. Такой способ деления называется поперечным. Образовавши-

еся дочерние клетки по своим свойствам полностью подобны материнской

клетке, из которой они возникли.

Для того чтобы бактерии могли расти и размножатся, среда их обита-

ния должна содержать необходимые источники углерода, азота, энергии,

определённой солевой набор, иметь оптимальную температуру. Для боль-

шинства патогенных бактерий она равна 37 5о 0.

В лабораторных условиях для выращивания бактерий используют ис-

кусственные субстраты, так называемые питательные среды. Скорость

размножения бактерий в этих средах очень велика. Примерно каждые 20

минут бактерия делится, давая две дочерние клетки. Следовательно, из

одной клетки, культивируемой в хорошей питательной среде, через 10

часов образуется 1 млд. потомков. Если бы процесс размножения в пи-

тательной среде не был ограничен, то через 24 часа число потомков

одной бактерии равнялось 10 521 0 клеток, а их масса составила бы при-

мерно 4000 тонн. В действительности же в питательной среде высокая

скорость деления клеток наблюдается лишь небольшой период времени с

момента внесения в неё бактерии. Это происходит потому, что очень

быстро истощаются питательные вещества среды и в ней накапливаются

продукты обмена, неблагоприятно действующие на бактерии. Скорость

размножения патогенных бактерий в организме значительно меньше, чем

в искусственной питательной среде.

2.3  _Физиология бактерий.

По химическому составу бактерии не отличаются от клеток других ор-

ганизмов. Бактериальная клетка содержит 70-85% воды. Около 90% сухо-

го остатка составляют высокомолекулярные соединения: нуклеиновые

- 10 -

кислоты (10%), белки (40%), полисахариды (15%), пептидогликан (10%)

и липиды (15%); остальные 10% приходятся на моносахара, аминокисло-

ты, азотистые основания, неорганические соли и другие низкомолеку-

лярные соединения. Во всех процессах жизнедеятельность бактерий, как

и других организмов, участвуют многочисленные ферменты. Одни из них

(эндоферменты) функционируют только внутри клетки, обеспечивая про-

цессы синтеза, дыхания и тому подобное. Другие (экзоферменты) выде-

ляются бактериями в окружающую среду. Необходимые бактериям высоко-

молекулярные соединения синтезируются из небольших молекул, проника-

ющих в клетку через цитоплазматическую. мембрану Белки, полисахари-

ды, липиды могут быть использованы бактерией как источник питания

лишь после их расщепления экзоферментами - до аминокислот, моносаха-

ров и др.

Для нормальной жизнедеятельности бактерия должна быть обеспечена

источниками углерода и азота. Одни виды бактерий (афтотрофы) исполь-

зуют неорганический углерод, другие (гетеротрофы), в число которых

входят и патогенные бактерии, используют органические соединения.

Гетеротрофные бактерии в свою очередь разделяются на сапрофитов, пи-

тающихся органическими соединениями внешней среды, и паразитов, жи-

вущих за счёт другого организма.

Различные бактерии неодинаково относятся к наличию или отсутствию

свободного кислорода. По этому признаку они делятся на три группы:

аэробы, анаэробы и факультативные анаэробы. Строгие аэробы, например

синегнойная палочка, могут развиваться лишь при наличии свободного

кислорода. Анаэробы, например возбудители газовой гангрены, столбня-

ка, развиваются без доступа свободного кислорода, присутствие кото-

рого угнетает их жизнедеятельность. Наконец, факультативные анаэро-

бы, например возбудители кишечных инфекций, развиваются как в кисло-

родной, так и в бескислородной среде.

Аэробность или анаэробность бактерий обусловливается способом по-

лучения ими энергии, необходимой для обеспечения процессов жизнедея-

тельности. Некоторые бактерии (фотосинтезирующие) способны, подобно

растениям, использовать непосредственно энергию солнечного света.

остальные (хемосинтезирующие) получают энергию в ходе различных хи-

мических реакций. Существуют бактерии (хемоафтотрофы), окисляющие

неорганические вещества (аммиак, соединения серы и железа и др.). Но

для большинства бактерий источником энергии служат превращения орга-

нических соединений: углеводов, белков, жиров и др. Аэробы использу-

ют реакции биологического окисления с участием свободного кислорода

(дыхание), в результате которых органические соединения окисляются

до углекислого газа и воды. Анаэробные получают энергию при расщеп-

лении органических соединений без участия свободного кислорода. Та-

кой процесс называется брожением. При брожении, кроме углекислого

газа, образуются различные соединения, например спирты, ацетон и др.

В процессе жизнедеятельности бактерии образуют биологически актив-

ные вещества - ферменты, антибиотики, пигменты, летучие ароматичес-

кие соединения, токсины и др.

2.4  _Антибактериальные химиотерапевтические агенты.

Химические соединения, используемые для дезинфекции, хотя и обла-

дают высокой антибактериальной активностью, не могут из-за их ток-

сичности применяться в лечебных целях. Для этого пригодны антибакте-

риальные химиотерапевтические средства. Они способны убивать бакте-

рий или угнетать их жизнедеятельность, не оказывая при определённых

дозах токсического влияния на ткани или организм в целом, то есть

действие их должно быть изобретательным, направленным против бакте-

рии или другого микроорганизма.

Кроме химических соединений, мощными антибактериальными средствами

являются 1 антибиотики 0 - химиотерапевтические препараты естественного

- 11 -

происхождения, синтезируемые микроорганизмами.

Теоретические основы химиотерапии и вопросы её практического ис-

пользования при лечении инфекционных заболеваний были разработаны в

начале века немецким учёным П. Эрлихом, который открыл органические

соединения мышьяка, активные при лечении сифилиса. Однако долгие го-

ды не удавалось найти химиотерапевтические средства для лечения для

лечения бактериальных инфекций. Дальнейшее развитие химиотерапии

связано с открытием сульфаниламидов. Применение сульфаниламидов не

только обогатило медицину новыми по тому времени химиотерапевтичес-

кими средствами, но и вызвало к жизни новое направление поиска анти-

бактериальных химиотерапевтических средств. Это направление возникло

в результате изучения механизма действия сульфаниламидов на бактери-

альную клетку. Было установлено, что по химической структуре сульфа-

ниламид подобен парааминобензойной кислоте - одному из важных проме-

жуточных продуктов (метаболитов), участвующих в синтезе нуклеиновых

кислот. Из-за химического подобия сульфаниламид действует как анти-

метаболит парааминобензойной кислоты: включаясь вместо неё в биохи-

мические процессы, но не заменяя её, сульфаниламид нарушает синтез

нуклеиновых кислот в бактериальной клетке. Исходя из этих данных,

было сформулировано положение, что среди антиметаболитов других био-

химических процессов окажутся лечащие антибактериальные средства.

Однако проблема получения новых лекарственных средств против бакте-

риальных инфекций, принцип действия которых основан на конкуренции

метаболита с важным для клетки метаболитом, оказалось значительно

сложней, чем предполагалось. Это связано с тем, что синтезированные

антиметаболиты подавали обмен веществ не только у бактерий, но и в

тканях организма. Таким образом, проблема свелась к поиску реакций

обмена веществ, специфичных для бактерий и отсутствующих в клетках

организма человека или животного.

Биохимические реакции, присущи лишь бактериям, были обнаружены в

процессе синтеза клеточной стенки, в частности при образовании пеп-

тидогликана. Некоторые антибиотики (пенициллин, циклосерин) эффек-

тивные как антибактериальные средства, воздействуют на процесс фор-

мирования клеточной стенки, нарушая синтез пептидогликана, входящего

в его состав, что приводит к лизису бактерий. Другие бактерии - тет-

рациклин, левомицетин, стрептомицин и другие - способны нарушать

синтез белков в бактериальных клетках. Первым препаратом этой груп-

пы, нашедшим применение в клинике, был стрептомицин. Оказалось, что

он способен изобретательно объединяться с рибосомами клеток организ-

ма-хозяина. В результате "точность" рибосом бактерии в процессе син-

теза белка нарушается, что приводит к "порче" синтезируемых белков и

гибели бактерии. Неомицин, канамицин, левомицетин и эритромицин так-

же взаимодействуют с рибосомами бактериальной клетки. Тетрациклин

нарушает присоединение информационной РНК к рибосомам. Лечащее дейс-

твие упомянутых антибиотиков определяется их специфичностью, то есть

относительно низкой способностью влиять на эти же процессы в клетках

высших организмов.

2.5  _Устойчивость бактерий к факторам окружающей среды.

На жизнедеятельность бактерий влияют температура, влажность, уль-

трафиолетовое излучение. К низким температурам бактерии устойчивы,

некоторые выживают даже при -190 5о 0, а споры при -253 5о 0. К высоким тем-

пературам бактерии высокочувствительные. Не спорообразующие бактерии

погибают при температуре 60-70 5о 0, спорообразующие - при прогреве выше

100 5о 0. Разные виды бактерий по-разному переносят высушивание: одни

(например гонококки) очень быстро погибают, другие в этих же услови-

ях выживают. Так, палочка дизентерии при высушивании остаётся жиз-

неспособной 7 суток, дифтерии - 30 суток, брюшного тифа - 70 суток,

- 12 -

туберкулёза - 90 суток, споры бацилл сибирской язвы - до 10 лет.

Бактерии чувствительны к ультрафиолетовому излучению и прямому сол-

нечному свету.

2.6  _Болезнетворность бактерий.

Из огромного количества бактерий, обнаруженных в природе, лишь не-

большое число видов являются патогенными. Болезнетворность бактерий

определяется их способностью преодолевать защитные барьеры организ-

ма, внедрятся в его ткани и выделять токсические вещества.

При ряде заболеваний (дифтерия, столбняк и др.) общее тяжёлое по-

ражение организма не сопровождается распространением бактерий-возбу-

дителей из места их первичного внедрения. Например, при дифтерии

возбудитель обнаруживается в носоглотке и трахее, а поражёнными ока-

зываются сердечная мышца, нервы, надпочечники. Изучение причины это-

го явления привело к заключению, что токсин, вырабатываемый возбуди-

телем болезни, всасывается в кровь и транспортируется в разные орга-

ны и ткани. В питательной среде или в организме бактерия в период её

активного роста выделяется в среду обитания токсин - экзотоксин.

Кроме дифтерийной палочки, экзотоксины образуются возбудителями

столбняка, газовой гангрены, одним из возбудителей дизентерии и др.

Экзотоксины представляют собой чувствительные к нагреванию белки с

высоким молекулярным весом. Они очень ядовиты, способны отравить бо-

лее 5 миллионов литров воды.

Действие токсинов как биологически активных веществ подобно дейс-

твию ферментов, и некоторые экзотоксины в самом деле являются бакте-

риальными ферментами, а другие могут взаимодействовать с ферментами

клеток. Нейротоксин, синтезируемый дизентерийный бактерией, первично

поражает мелкие сосуды головного и спинного мозга, что ведёт к нару-

шению функций центральной нервной системы. Холерный экзотоксин вызы-

вает повышенную секрецию жидкости в тонкой кишке.

Важное практическое значение имеет установление факта, что под

действием формальдегида, не влияющего на антигенность, экзотоксины

теряют ядовитость. В результате токсин превращается токсоид, который

применяют для иммунизации организма с целью создания в нём невоспри-

имчивости к данному токсину.

Ряд бактерий (кишечные палочки, большинство возбудителей дизенте-

рии, гонококки и др.) не синтезируют экзотоксины, и отравляющее

действие этих бактерий на организм связано с эндотоксинами - сложны-

ми соединениями, в молекулу которых входят фосфолипид, полисахарид и

белок.

Фактором болезнетворности некоторых бактерий (палочек сибирской

язвы, чумы, коклюша и др.) оказалась капсула. Разрушение её путём

обработками ферментов или другими соединениями, а также в результате

соответствующих мутаций, приводящих к нарушению синтеза капсулы,

резко снижает болезнь. Это выражается в том, что для развития смер-

тельного заболевания у подопытного животного ему необходимо ввести

во много тысяч раз больше бескапсульных бактерий, чем бактерий, име-

ющих капсулу. Капсула защищает бактерию от фагоцитоза, но механизм

её защитного действия не совсем ясен. Предполагают, что электричес-

кий заряд поверхности капсулы препятствует возникновению физического

контакта фагоцита с бактерией.

Кроме токсинов и капсулы, у некоторых бактерий обнаружены и другие

факторы, определяющие их болезнетворность. К их числу относится фер-

мент гиалуронидаза, продуцируемый гноеродным стрептококком и раство-

ряющий основное вещество соединительной ткани - гиалуроновую кисло-

ту, что облегчает распространения бактерий в тканях. Патогенные ста-

филококки синтезируют другой фермент - коагулазу, который, вероятно,

является одним из факторов болезнетворности этих бактерий. Коагулаза

- 13 -

действует подобно тромбину вызывая образование сетки фибрина вокруг

стафилококка препятствует таким образом фагоцитозу.

3.  _Проблемы СПИДа.

СПИД - синдром приобретенного иммунодефицита. Существуют несколь-

ко вирусов иммунодефицита человека: ВИЧ-1, обнаруженный у людей в

большинстве стран мира, и ВИЧ-2, обнаруженный в Западной Африке.

СПИД вызывает вирус, идентифицированный как ВИЧ - вирус иммунодефи-

цита чело века.

История возникновения СПИДа говорит о том, что сегодняшняя эпиде-

мия новая. Возможно и раньше встречались отдельные случаи СПИДа. В

начале 80-х врачи в США, Европе и Африке стали замечать особую ком-

бинацию симптомов и течение болезней, ранее не встречавшихся. Это

их удивляло, потому что: - серьезные заболевания, от которых люди

умирали, возникали раньше только у тех, у которых была ослаблена

иммунная система, например у больных раком или страдающих хроничес-

ким недоеданием; - симптомы обычно легко протекающих заболеваний,

таких как герпес или обычные стоматиты и молочницы, приобретали

очень серьезный характер, поражали все тело и часто встречались в

необычных комбинациях; - заболевание поражало ранее здоровых, силь-

ных и молодых людей.

Специалисты заметили, что на Западе такие проявления зоболеваний

встречались преимущественно у гомосексуалистов, в Африке - и у муж-

чин и у женщин. Затем болезнь проявлялась у тех, кому делали пере-

ливание крови и внутривенные вливания, а также у младенцев, родив-

шихся у матерей, заболевших СПИДом. Это навело на мысль, что забо-

левание вызвано каким-то вирусом, циркулирующим в крови, а также

передающимся половым путем.

Начались поиски этого вируса и был обнаружен ВИЧ. ВИЧ был найден

у зараженных людей в крови, сперме, выделениях из влагалища. Это

белые кровяные тельца - лимфоциты и макрофаги.

Лимфоциты ВИЧ-1 разрушает, а заражённые макрофаги не погибают,

но становятся резервуарами инфекции. Она начинается, кода вирус

прилипает к белку-рецептору, расположенному на поверхности клеток-

мишеней.

Особенности ретровирусов (к этому классу относится ВИЧ) заключа-

ется в том, что их гены закодированы в РНК, а не в ДНК, как обычно.

Вирусная РНК, попадая в клетку-жертву, с помощью особого фермента

трансформируется в ДНК (провирус). Вирусная генетическая информация

в форме двух цепочек ДНК, то есть в той же, в какой хранят клетки-

мишени свои гены, включается в их ДНК. Теперь каждый раз, когда

клетка будет делится, вирусная ДНК будет дублироваться. Так инфек-

ция становится постоянной. Но даже если клетка не производит вирус-

ных частиц, она всегда остаётся банком "спящих" генов ретровирусов.

Число заболевших СПИДом стало увеличиваться с 1980 года каждые 8

месяцев в два раза в тех странах, где был впервые обнаружен этот

вирус. Болезнь распространилась практически во все страны мира.

Ранние исследования говорят о том, что вирус возник в Центральной

Африке, затем перебрался на Гаити, и через гомосексуалистов был

привезен в США. Эта версия была зафиксирована в официальных доку-

ментах, хотя позже было установлено, что это необоснованно. Число

людей, впервые заболевших СПИДом в Африке, вначале было преувеличе-

но, так как тесты на наличие вируса часто давали ложные результаты.

Не установлено, откуда пришел ВИЧ. Предполагают, что самый ранний

случай появления ВИЧ был зарегистрирован в 1969 году в США у маль-

чика, умершего от иммунодефицита. Исследования его законсервирован-

ной крови и тканей показало наличие антител к ВИЧ.

- 14 -

3.1  _Заражение ВИЧом.

Не так-то просто заразиться ВИЧ. ВИЧ не разносится по воздуху и

не может проникнуть в наш организм капельным путем, как в кровь.

Существует четыре основных пути передачи ВИЧ:

- при половом акте с человеком, зараженным ВИЧ;

- при переливании крови, зараженной ВИЧ;

- внутриутробно от зараженной матери к ребёнку;

- при наличии зараженной крови на медицинских инструментах, в шпри-

цах и т.д.

Наибольшее количество ВИЧ находится в крови, сперме и влагалищном

секрете. От зараженного человека ВИЧ проникает в лейкоциты пока еще

здорового человека. Человек может заразится ВИЧ только в том слу-

чае, если инфицированная кровь, сперма и влагалищный секрет попада-

ют непосредственно в кровь или на слизистые оболочки здорового че-

ловека. Причем заражение вирусом, попавшем на кожу и слизистые,

произойдет только в том случае, если на них есть повреждения (цара-

пины, порезы, потёртости).

3.2  _ ┌Клинические сим 0п ┌томы СПИДа.

Заражение здорового человека ВИЧ не всегда проявляется клиничес-

кими симптомами и, как правило, человек долго чувствует себя прак-

тически здоровым, оставаясь вирусоносителем.

Примерно через три месяца у людей, зараженных ВИЧ, уже можно ла-

бораторно определить антитела к вирусу.

Клинические проявления СПИДа появляются после заражения через 6

месяцев или даже несколько лет. Однако эти симптомы характерны не

только для СПИДа, а присущи многим заболеваниям: рак, пневмония,

диарея и т.д.

После исключения этих заболеваний врач может поставить диагноз

СПИДа, если у пациента проявляется два и более основных симптомов и

как минимум один второстепенный.

 2Основные клинические симптомы СПИДа:

- потеря веса более, чем на 10% от прежнего веса;

лихорадка, длящаяся более месяца;

- понос, длящийся более месяца (с перерывами или постоянно);

- сильная утомляемость и слабость.

 2Второстепенные клинические симптомы:

- кашель, продолжающийся более одного месяца;

- стоматит;

- язвенные поражения кожи;

- опоясывающий лишай;

- увеличение лимфоузлов одной или нескольких групп (исключая пахо-

вые) в течение трех месяцев.

В конечной стадии болезни иммунная система человека окончательно

разрушается. Организм становится восприимчивым к различным заболе-

ваниям, которые, как правило, имеют летальный исход.К ним относятся

следующие заболевания:

- легочные заболевания;

- инфекционные заболевания головного мозга, сопровождающиеся нару-

шениями интеллекта и сильными головными болями;

- кишечные инфекции, которые сопровождаются длительной диареей;

- рак, особенно рак кожи, который называется саркомой Капоши.

Около половины людей, у которых диагностирован СПИД, умирает че-

рез два года после постановки клинического диагноза. По данным США,

15% больных прожили только до 5 лет.

Через какое время человек, зараженный ВИЧ, может заболеть СПИДом?

Некоторые люди, зараженные ВИЧ, могут вообще никогда не заболеть

СПИДом. С 1980 года, когда был обнаружен СПИД, еще не установлен

- 15 -

процент людей, у которых развилась болезнь за 10 или 20 лет. Можно

отметить, что каждый год у 12% людей, зараженных ВИЧ, проявляются

лишь симптомы заражения, а у 2-9% развивается СПИД. Люди, заражен-

ные ВИЧ, заболевают СПИДом в среднем через 8 лет.

3.3  _ ┌Препараты для борьбы против СПИДа.

Американские исследователи обнаружили, что ВИЧ-1 может активизи-

роваться, если повреждается его ДНК, включённая в геноме клеткими-

шени. Повреждающими агентами были ультрафиолет, некоторые препараты

- то есть они могут разбудить дремлющую в организме инфекцию.

По мнению учёных, именно способность генома ВИЧ проникать в хро-

мосомы клетки-хозяина делает невозможным создание вакцины с исполь-

зованием полного вируса. Скорее всего в такой вакцине должны быть

части вируса в определённой комбинации, но опыта создания подобных

препаратов в мире практически нет.

Несмотря на регулярно появляющиеся сообщения, что лекарство от

СПИДа найдено, они, как правило, оказываются мыльными пузырями.

Единственное действующее средство, позволяющее поддерживать боль-

ных, продлевать им жизнь, это АЗТ (азидотимидин, препарат, создан-

ный как антираковый). Потом японские учёные обнаружили, что в соче-

тании с декстран-сульфатом действие АЗТ усиливается.

Новые препараты для борьбы против СПИДа разработала южнокорейская

компания "Сонген индастриз".

На создание препаратов - химических компонентов, получивших кодо-

вые наименования Эс-Кей-Ай 1694, 1695, 1703, 1723, ушло около 1,3

млн долларов и два года исследований фармацевтической группы во

главе с доктором Ким Дэ Ги. Лабораторные испытания показали способ-

ность препаратов замедлять развитие не излечимого пока заболевания

в организме человека в большей степени, чем при применении азидоти-

мидина - наиболее широко используемого средства против СПИДа. "Сон-

ген индастриз" уже запатентовала полученные ею химикаты, которые

могут быть использованы в производстве лекарств в 20 странах мира,

включая США и Японию, надеясь выбросить их на международный рынок к

1998 году. По словам представителей компании, до того, как будет

налажен массовый выпуск медикаментов, на их испытаниях на инфициро-

ванных пациентах уйдёт три года.

В Южной Корее это уже не первая попытка найти панацею от "чумы XX

века". В прошлом году здешние специалисты предложили использовать

для лечения больных СПИДом порошок из красного женьшеня - разновид-

ности "корня жизни", произрастающего в диком виде в Центральных ра-

йонах Корейского полуострова. Ученые Государственного института

здравоохранения Республики Корея установили возможность замедления

развития синдрома иммунодефицита с помощью комбинированного исполь-

зования этого средства с азидотимидином.