Загальна характеристика і особливості життєдіяльності бактерій родини Enterobacteriaceae (стр. 3 из 8)
Дослідження механізму регуляції біосинтезу амінокислот у багатьох ентеробактерій виявило характерні особливості цього процесу, які відрізняють данні організми від всіх інших бактерій. Наприклад, перша стадія в біосинтезі амінокислот родини аспартату, перетворення аспарагінової кислоти в аспартилфосфат, у ентеробактерій завжди здійснюється трьома ізофункціональними аспартаткіназами: аспартаткіназою I, яка і інгібується, і репресується треоніном, аспартаткіназою II, яка репресується, але не інгібується метіоніном, і аспартаткіназою III, яка і інгібується, і репресується лізином. Цей тип регуляції аспарагінового шляху не був виявлений ні в однієї бактерії не кишкової групи.
ГЦ-склад ДНК ентеробактерій варіює в широких межах – від 37 до 63%. За виключенням роду Proteus, представники якого суттєво відрізняються за нуклеотидним складом. ГЦ-склад ДНК споріднених організмів трьох видів - Salmonella, Escherichia і Shigella – розрізняються зовсім мало. Діапазон змінення
ГЦ-складу для „класичних” бактерій родини Enterobacteriaceae (від 37 до 59%) дуже близький до діапазону для представників родини з полярним джгутикуванням (від 39 до 63%) [10].
Бродіння
Зброджування сахаридів у ентеробактерій відбувається за шляхом Ембдена-Мейєргофа. Продукти бродіння у різних представників групи розрізняються і якісно, і кількісно. Однак у цих процесів є одна характерна біохімічна властивість, яка рідко зустрічається при інших типах бактеріального бродіння. Мова йде про особливий спосіб розщеплення однієї з проміжних сполук – піровиноградної кислоти (ПВК), що веде до утворення мурашиної кислоти:
СН3СОСООН + КоАSН→СН3СОSКоА+ НСООН.
Таким чином, мурашина кислота часто є основним кінцевим продуктом бродіння. Вона накопичується, хоча не завжди, оскільки деяки з цих бактерій володіють формнатгідрогенліазою, яка розщеплює мурашину кислоту до СО2 і Н2:
НСООН → СО2+Н2.
У таких організмів замість мурашиної кислоти як кінцевого продукту бродіння утворюються еквімолярні кількості Н2 і СО2.
Найбільш розповсюдженим типом перетворення сахаридів при бродінні у ентеробактерій є так зване бродіння змішаного типу, яке приводить до утворення молочної, оцтової, бурштинової і мурашиної кислот (або СО2 і Н2), а також етилового спирту. Такий тип бродіння властив представникам родів Salmonella, Escherichia, Shigella і Proteus. Відношення кількості різних кінцевих продуктів різниться як від штаму до штаму, так і для одного штаму при рості в різних умовах, наприклад при різних значеннях рН. Така різниця відображає ту обставину, що кінцеві продукти утворюються з піровиноградної кислоти трьома незалежними шляхами (рис. 3.1). Утворення газу в результаті зброджування сахаридів є дуже важливою ознакою для ентеробактерій – газоутворювальні бактерії роду Escherichia відрізняються за цим критерієм від патогенних видів групи Shigella і Salmonella typhi, які зброджують сахариди без виділення газу. В випадку простого бродіння змішаного типу газ може утворюватися тільки за рахунок розщеплення мурашиної кислоти; відповідно, утворення газу відображає наявність форміатгідрогенліази. Цей ферментний комплекс, звісно, не суттєвий для бродіння і може загубитися в результаті мутації без зміни здатності бактерії до бродіння. І дійсно, дослід показує, що в природі існують „неаерогенні”, тобто не утворюючі газоподібних продуктів штами такого типового продуценту їх, як Escherichia coli. Тому, хоча виділення газу являє собою корисну ознаку при класифікації ентеробактерій, даний критерій не є безпомилковим.
Рисунок 3.1 - Шляхи утворення із ПВК типових кінцевих продуктів кислотного бродіння змішаного типу (за [10])
Іншою ознакою, яка має велике значення для ідентифікації ентеробактерій, є здатність зброджувати дисахарид лактозу, що обумовлено наявністю у цих організмів β-галактозідази. Ефективність зброджування лактози залежить ще і від наявності специфічної пермеази галактозидів, яка сприяє проникненю лактози в клітину. Штами які мають β-галактозідазу, але позбавленні пермеази, не можуть поглинати лактозу зі швидкістю, яка достатня для інтенсивного бродіння, і зазвичай класифікуються як не здатні до зародження цього сахариду. Зброджування лактози властиво Escherichia, але відсутні у Salmonella, Shigella і Proteus. Деякі штами Shigella утворюють β-галактозідазу, але не можуть зброджувати лактозу із-за відсутності пермеази [10].
4. ГЕНЕТИКАБАКТЕРІЙРОДИНИ ENTEROBACTERIACEAE
Відкриття явища переносу генів у ентеробактерій при кон’югації і трансдукції дозволило доволі детально дослідити генетичні родинні відносини між деякими її представниками. Утворення хромосомних гібридів між E. coli і бактеріями родів Salmonella і Shigella каже про дуже високу ступінь генетичної гомології цих бактерій, що підтверджується і порівнянням хромосомних карт двох найбільш вивчених в цьому відношенні видів − Salmonella typhimurium і Escherichia coli. Як видно на рис. 4.1 і 4.2, де представленні в спрощеному вигляді хромосомні карти цих двох організмів, багато маркерів розташовуються на обох хромосомах в однакових локусах.
Про близьку генетичну спорідненість груп Escherichia, Salmonella і Shigella свідчить також висока ступень ДНК-ДНК-гібридизації in vitro. Утворення ж хромосомних гібридів між бактеріями цієї підгрупи і представниками інших родів ентеробактерій (Proteus, Enterobacter) відбувається дуже рідко. Крім того, випробування по гібридизації ДНК-ДНК вказують, що ступень генетичної гомології між представниками підгрупи Escherichia− Salmonella− Shigella та іншими групами ентеробактерій доволі низька. Ентеробактерії, що належать до різних родів, можуть отримувати плазміни від донорних штамів E. coli при кон’югації і потім зберігати їх як позахромосомні елементи (ефективність кон’югації варіює в широких межах; таблиця 4.1). Таким чином серед бактерій кишкової групи можуть розповсюджуватися F-фактори, які містять додаткові гени (наприклад F-lac), і R-фактори, які визначають стійкість до різноманітних лікарських засобів [10].
Рисунок 4.1 - Генетична карта E. coli К12 в спрощеному вигляді (за [10])
Рисунок 4.2 - Генетична карта S. typhimurium в спрощеному вигляді (за [10])
5. ЕКОЛОГІЯБАКТЕРІЙРОДИНИ ENTEROBACTERIACEAE
Середовищем проживання для більшості ентеробактерій є кишковий тракт хребетних тварин і людини.
В організмі людини багато ентеробактерій містяться в складі мікробних біоценозів тонкого і товстого кишечника. Патогенні види зустрічаються тільки у хворих і бактеріоносіїв.
З випорожненнями людей і тварин ентеробактерії потрапляють в навколишнє середовище. В ній вони можуть зберігатися на протязі різних строків в залежності від виду і умов. Деякі з них (E. coli) використовуються в санітарній мікробіології в якості показників фекального забруднення навколишнього середовища [3].
Кишкова паличка наприклад може зберігатися в воді і ґрунті декілька місяців [11].
Широке розповсюдження сальмонел в природі і різноманіття шляхів, якими вони проникають в організм людини, пояснюється їх генетичною пластичністю. Сальмонели легко знаходять екологічні ніші і адаптуються до найрізноманітніших умов [12].
Клебсієли – широко розповсюджені бактерії. Вони порівняно стійкі до факторів навколишнього середовища завдяки наявності капсули і можуть на протязі тривалого часу зберігатися в ґрунті, воді, приміщеннях. Разом з тим вони зустрічаються в складі мікробних біоценозів в організмі людини і тварин [3].
Протеї P. vulgaris і P. mirabilis є мешканцями кишечника багатьох тварин, виявляються також в стічних водах і ґрунті. Всі види протеїв можуть виділятися з хворих людей [3].
6. АНТИГЕНИБАКТЕРІЙРОДИНИ ENTEROBACTERIACEAE
Антигенна будова служить одним із суттєвих критеріїв, на яких основана класифікація, а також ідентифікація ентеробактерії. Розрізняють три основних типи антигенів: 1) О-соматичний антиген; 2) Н-джгутиковий антиген; 3)К-антигени. О-антиген є складовою частиною ліпополісахариду (ЛПС) зовнішнього шару клітинної стінки. Специфічність О-антигену визначається детермінантними сахаридами (гексозами і аміносахаридами), ковалентно зв’язаними з базисною частиною ЛПС. Н-антиген локалізується в джгутиках клітини. Він складається з білка флагеліну. Капсульні антигени К-антигени, так як і О-антигени, містяться в ЛПС клітинної стінки, але в більш поверхневому шарі. Вони маскують О-антигени.
В зв’язку з цим для визначення О-антигену у бактерій, які володіють К-антигеном, необхідно зруйнувати останній шляхом кип’ятіння або автоклавування культури. К-антигени за хімічними властивостями відносяться до кислих полісахаридів. До К-антигенів відносяться К-антигени E. coli, М-антигени Salmonella schottmuelleri, Vi-антиген збудника черевного тифу, який виявляється також у S. parathyphi C та деяких штамів E. coli. Всі ці антигени характеризуються імуннохімічною специфічністю, що дозволяє диференціювати роди і види, а також виділяти серед них серогрупи і серологічні варіанти (серовари). Антигенну будову ентеробактерій вивчають в реакціях аглютинації, непрямої (пасивної) гемаглютинації, преципітації, зокрема при імунно-електрофорезі та інших імунологічних реакціях з відповідними діагностичними сироватками.
Крім антигенів які перелічені, у ентеробактерії виявленні загальні антигени. Один з них (антиген Куніна) зв’язаний з ЛПС, інший – з білками клітинної стінки. Антиген Куніна подібне до антигену, який виявлений в товстому кишечнику людей, які страждають виразковим колітом [3].