Кишечная палочка сообщение по биологии

Кишечная палочка

Введение

Кишечная палочка является довольно распространенным микроорганизмом, вызывающим многочисленные проблемы пищеварительного тракта, мочевыделительной и половой систем у человека, обладающая способностью присутствовать на кожных покровах и слизистых оболочках различных систем организма как вариант нормы.

Кишечная палочка (лат. Escherichiacoli, E. coli, по имени Теодора Эшериха) – грамотрицательная палочковидная бактерия, широко встречается в нижней части кишечника теплокровных организмов. Большинство штаммов E. Coli являются безвредными, однако серотип O157: H7 может вызывать тяжёлые пищевые отравления у людей. Безвредные штаммы являются частью нормальной флоры кишечника человека и животных. Кишечная палочка приносит пользу организму хозяина, например, синтезируя витамин K, а также предотвращая развитие патогенных микроорганизмов в кишечнике.

Е. coli впервые были выделены в 1885 году немецким педиатром Т. Эшерихом в клинике детских болезней в Граце (Австрия) из кала больного ребенка с признаками диареи и впоследствии были названы имBacterium coli commune (EscherichТ., 1885, 1886). В пятом издании “Определителя микробов” Д. Берджи (1939) родEscherichiaбыл включен в состав семействаEnterobacteriaceae.

Морфологические свойства

E. coli – грамотрицательная бактерия, факультативный анаэроб, не образует эндоспор. Клетки палочковидные, со слегка закруглёнными концами, размером 0,4-0,8 х 1-3 мкм, объём клетки составляет около 0,6-0,7 μm³. Кишечная палочка может жить на разных субстратах. В анаэробных условиях E. coli образует в качестве продукта жизнедеятельности лактат, сукцинат, этанол, ацетат и углекислый газ. Часто при этом образуется молекулярный водород, который мешает образованию указанных выше метаболитов, поэтому E. coli часто сосуществует с микроорганизмами, потребляющими водород – например, с метаногенами или бактериями, восстанавливающими сульфат.

Оптимальный рост достигается культурами E. coli при температуре 37°C, некоторые штаммы могут делиться при температурах до 49°C. Рост может стимулироваться аэробным или анаэробным дыханием, различными парами окислителей и восстановителей, в том числе, окислением пирувата, формиата, водорода, аминокислот, а также восстановлением кислорода, нитрата, диметилсульфоксида и триметиламин N-оксида.

Штаммы, имеющие жгутики, способны передвигаться. Жгутики расположены перитрихально. На конце жгутика расположен белок FimH, который прикрепляется к молекулам сахаров на поверхности, а сам жгутик состоит из цепочки взаимосвязанных белковых сегментов, закрученных в форме тонкой длинной пружины и упруго вытягивающихся при воздействии силы.

Питание

Кишечная палочка является гетеротрофным организмом, а это означает, что он получает свою еду из другого источника. Этим источником является организм-хозяин. И от их хозяина, они получают углерод через биосинтез органических молекул, попавшие в организм хозяина. Углерод очень важен для кишечной палочки, потому что бактериальная клетка состоит почти полностью из молекул углерода, связанных с другими важными элементами.

Размножение

Кишечная палочка, при клеточном делении, использует средства бесполого размножения, потому что нет никакой передачи генетического материала; бактерия просто сделав точную копию себя. Это наиболее распространенная форма размножения для кишечной палочки. Индивидуальная бактерия начинает этот процесс удлинения клетки, после чего почти точной репликации генома таким образом, происходят две идентичные копии. Мутации и ошибки могут произойти во время генетической репликации, но обычно это происходит в небольших количествах, и не имеют большого влияния на бактерии. Перегородки образуются, и клетка поровну делит клеточные компоненты и один экземпляр родительского генома оказывается в каждой стороне. Клетка делится, оставив две копии исходного бактерия называемых дочерними клетками.

Клетки Е. coli делятся путем перетяжки, так же как и клетки других грамотрицательных бактерий. В начальных стадиях деления клетки происходит перешнуровка нуклеоида и образование петлеобразных инвагинатов цитоплазматической мембраны в месте будущей перетяжки.

Адаптация

Оптимальные условия для жизнедеятельности кишечной палочки: температура 37 O С, pH нейтральный (~ 7)

кишечная палочка пищеварительный бактерия

В ответ на изменения температуры или осмолярности окружающей среды, Е. палочка использует свою способность физически изменить диаметр поринов найденных на клеточной мембране. Если есть крупные молекулы питательных присутствующие, которые обычно не являются, Е. палочка будет увеличить диаметр его порина, чтобы молекула, чтобы ввести в организм. Это также работает в обратном направлении в том, что если есть ингибирующие молекулы, присутствующие, кишечная палочкабудет уменьшать диаметр поринов.

Культуральные свойства

Бактерии хорошо растут на простых питательных средах: мясопептонном бульоне (МПБ), мясопептонном агаре (МПА). На МПБ дают обильный рост при значительном помутнении среды; осадок небольшой, сероватого цвета, легкоразбивающийся. Образуют пристеночное кольцо, пленка на поверхности бульона обычно отсутствует. На МПА колонии прозрачные с серовато-голубым отливом, легко сливающиеся между собой. На среде Эндо образуют плоские красные колонии средней величины. Красные колонии могут быть с темным металлическим блеском (Е. coli) или без блеска (E. aerogenes). Для лактозоотрицательных вариантов кишечной палочки (B. paracoli) характерны бесцветные колонии. Им свойственна широкая приспособительная изменчивость, в результате которой возникают разнообразные варианты, что усложняет их классификацию.

Устойчивость

Патология

У кишечной палочки существует более 700 серотипов. Они основаны на трех различных антигенах: антиген O, который является производным от клеточной стенки, антиген Н, который является производным от жгутиков, использующие для подвижности, антиген К, который является производным полисахаридной капсулы, который секретируется.

Патогенные E. coli подразделяют на 4 группы: энтеропатогенные (английское сокращение – EPEC), энетротоксигенные (ETEC), энтероинвазивные (EIEC) и энтерогеморрагические (EHECилиVTEC).

Энтеротоксигенные эшерихии колонизируют тонкий кишечник и вызывают холероподобные заболевания. Носительство после выздоровления не формируется. Чаще всего встречаются в Индии. У нас – в южных регионах. Источники заражения – пища и вода. Пик заболеваемости приходится на детей от года до трех лет. Заражающая доза – 108 – 109 бактерий, или иначе – колониеобразующих единиц (КОЕ), в 1г кала.

Энтероинвазивные Escherichia coli, такие как О136, О159, О167, О28, О29, О112, О124: Н30, О124: Н32, имеют такой же фактор патогенности как у шигелл – бактерий, вызывающих дизентерию. Поэтому симптоматика заболевания напоминает дизентерию. У больного наблюдается непродолжительная водянистая диарея, которая к концу первых суток заканчивается “дизентерийным плевком” – комком слизи. В отличие от предыдущей группы, заболевание, вызванное энтероинвазивными E. coli характеризуется очень высокой температурой и продолжительностью (острый период – до двух недель). Встречаются EIEC повсеместно, заражение происходит также в основном через пищу и воду. Колонизируют толстый кишечник. Чаще всего болеют дети до 2-ух лет. Заражающая доза – 105 КОЕ в 1г кала.

Энтеропатогенные эшерихии вызывают инфекции, по симптоматике заболевания сходные с сальмонеллезом. Заражающая концентрация – от 105 до 1010 КОЕ/г. Дети чаще всего получают внутрибольничные штаммы EPEC, либо заражаются контактно-бытовым путем (полотенца, постельное белье). Взрослые приобретают энтеропатогенныхэшерихий через продукты. В Соединенных Штатах Америки энтеропатогенные E. Coli стоят на первом месте среди кишечных заболеваний детей. Симптомы: водянистая диарея, тошнота, рвота. Заболевание длительное – до 15 дней. Может формироваться носительство после выздоровления.

Самая опасная, но, к счастью, наиболее редкая группа – энтерогеморрагические или веротоксические эшерихии. К ним относится пока одна серогруппа – О157: Н7. Открыты они были впервые в 80-ых годах и первая вспышка произошла в США (в доме престарелых, через плохо прожаренные гамбургеры). Потом – в Японии. Причем в одном офисном здании заболели практически 1000 человек (ели каракатиц, которые были выловлены в прибрежной зоне). На 30 лет человечество забыло об этом кошмаре, но в 2011 году Европу всколыхнула весть об эпидемии энтерогеморрагическойEscherichiacoli. Ходят слухи, что происхождение EHEC имеет искусственный характер (бакоружие или неудачные опыты по генной модификации), но это – всего лишь предположение. Фактор патогенности – шигеллоподобный токсин, который превосходит по токсичности шигеллезный в сотни раз. “Ареал обитания” – толстый кишечник. Клиническая картина при заболевании следующая: боли в животе, холероподобная диарея, которая в течение нескольких часов переходит в кровавый понос. Если нет острой почечной недостаточности, в комплексе с низким содержанием тромбоцитов и анемией (все это называется гемолитико-уремическим синдромом, или ГУС), то в течение одной – двух недель больного лечат детоксическими препаратами. Лечение антибиотиками категорически не рекомендуется! В случае развития ГУС смертность очень высокая – до 100%.

Биотехнология

. coli играет важную роль в современной промышленной микробиологии и биологической инженерии. Работа Стенли Нормана Коэна и Герберта Бойера на E. coli, с использованием плазмид и эндонуклеаз рестрикции для создания рекомбинантной ДНК, находится у истоков современной биотехнологии.

Кишечную палочку считают универсальным организмом для синтеза чужеродных белков. В E. coli исследователи вводят гены при помощи плазмид, что позволяет осуществлять биосинтез белков для промышленной ферментации. Также разработаны системы для синтеза в E. coli рекомбинантных белков. Одним из первых примеров использования технологии рекомбинантных ДНК является синтез аналога инсулина человека. Модифицированные E. coli используют при разработке вакцин, синтеза иммобилизованных ферментов и решения других задач. Однако, в организме E. coli невозможно получать некоторые крупные белковые комплексы, содержащие дисульфидные связи, в частности, белки, для проявления биологической активности которых требуется посттрансляционная модификация.

Список использованной литературы

1. Коли-инфекция, Джесси Рассел. High Quality Content by WIKIPEDIA articles! Коли-инфекция (Escherichia coli кишечная палочка; син. эшерихиоз) – группа инфекционных болезней, вызываемых патогенными серотипами кишечных палочек.

. Микрокосм: E. coli и новая наука о жизни, Циммер Карл.

. интернет – ресурсы

План:

Введение
• 1 Штаммы
• 2 Биология и биохимия
• 3 Роль в нормальной микрофлоре
• 4 Модельный организм
• 5 Биотехнология
• 6 Патогенность
• 7 Желудочно-кишечные инфекции
• 8 Менингит новорождённых
• 9 Лечение фагами
• 10 Вакцина

Примечания

Введение

Кишечная палочка (лат. Escherichia coli, E. coli, по имени Теодора Эшериха) — грамотрицательная палочковидная бактерия, широко встречается в нижней части кишечника теплокровных организмов. Большинство штаммов E. coli являются безвредными, однако серотип O157:H7 может вызывать тяжёлые пищевые отравления у людей.[1][2] Безвредные штаммы являются частью нормальной флоры кишечника человека и животных. Кишечная палочка приносит пользу организму хозяина, например, синтезируя витамин К,[3] а также предотвращая развитие патогенных микроорганизмов в кишечнике.[4][5]

E. coli не всегда обитают только в желудочно-кишечном тракте, способность выживать в окружающей среде делает их важным индикатором для исследования образцов на наличие фекальных загрязнений.[6][7] Бактерии легко могут быть выращены в лабораторных условиях, поэтому кишечная палочка играет важную роль в генетических исследованиях. E. coli является одним из самых изученных прокариотических микроорганизмов и одним из самых важных объектов биотехнологии и микробиологии.

E. coli была описана немецким педиатром и бактериологом Теодором Эшерихом в 1885 году.[6] В настоящее время кишечную палочку относят к роду Escherichia, семейству Enterobacteriaceae, порядку Enterobacteriales.[8]

1. Штаммы

Штамм — это совокупность особей внутри вида, которая обладает свойствами, отличными от свойств других особей. Часто такие отличия могут быть обнаружены только на молекулярном уровне, однако, имеют эффект на физиологию бактерии или жизненный цикл. Разные штаммы E. coli часто специфичны к определенным хозяевам, что делает возможным определение источника фекального заражения в образцах.[6][7] Например, если известно, какие штаммы E. coli представлены в образце воды, можно определить источник заражения, например, человек, другое млекопитающее или птица.

Новые штаммы E. coli появляются в результате мутаций и горизонтального переноса генов.[9] Некоторые штаммы вырабатывают особенности, губительные для организмов хозяина, такие вирулентные штаммы могут вызывать диарею, что неприятно в случае взрослых и может привести к летальному исходу у детей в развивающихся странах.[10] Более вирулентные штаммы, например, O157:H7 вызывают тяжелые заболевания и даже приводят к смерти у пожилых людей, маленьких детей и лиц с ослабленным иммунитетом.[11][10]

2. Биология и биохимия

E. coli — грамотрицательная бактерия, факультативный анаэроб, не образует эндоспор. Клетки палочковидные, со слегка закруглёнными концами, размером 0,4—0,8 х 1—3 мкм, объём клетки составляет около 0,6—0,7 μm³.[12][13] Кишечная палочка может жить на разных субстратах. В анаэробных условиях E. coli образует в качестве продукта жизнедеятельности лактат, сукцинат, этанол, ацетат и углекислый газ. Часто при этом образуется молекулярный водород, который мешает образованию указанных выше метаболитов, поэтому E. coli часто сосуществует с микроорганизмами, потребляющими водород — например, с метаногенами или бактериями, восстанавливающими сульфат.[14]

Оптимальный рост достигается культурами E. coli при температуре 37 °C, некоторые штаммы могут делиться при температурах до 49 °C.[15] Рост может стимулироваться аэробным или анаэробным дыханием, различными парами окислителей и восстановителей, в том числе, окислением пирувата, формиата, водорода, аминокислот, а также восстановлением кислорода, нитрата, диметилсульфоксида и триметиламин N-оксида.[16]

Штаммы, имеющие жгутики, способны передвигаться. Жгутики расположены перитрихально.[17]

3. Роль в нормальной микрофлоре

E. coli в норме заселяет кишечник новорожденного ребенка в течение 40 часов после рождения, поступая с пищей или от лиц, контактирующих с ребенком. В ЖКТ кишечные палочки прилипают к слизистым оболочкам, и являются основными представителями факультативных анаэробов у человека. Так как кишечные палочки не имеют бактериофагов, кодирующих факторы вирулетности, они являются комменсалами.[18]

Непатогенный штамм Escherichia coli Nissle 1917 известен как Mutaflor и используется в медицине в качестве пробиотика, в основном для лечения желудочно-кишечных заболеваний, в том числе, у новорожденных.[19][20]

4. Модельный организм

E. coli часто используют в качестве модельного организма в микробиологических исследованиях. Культивируемые штаммы, например, E. coli K12 хорошо приспособлены к росту в лабораторных условиях, и, в отличие от штаммов дикого типа, неспособны заселять кишечник. Многие лабораторные штаммы утеряли способность образовывать биологические пленки.[21][22] Описанные особенности предохраняют штаммы дикого типа от антител и химических агентов, но требуют больших затрат вещества и энергии.

В 1946 году Йошуа Ледерберг и Эдвард Тейтум описали явление конъюгации бактерий, используя кишечную палочку в качестве модельного организма.[23]E. coli остается одним из наиболее востребованных бактерий при изучении конъюгации и в настоящее время. E. coli была важным компонентом первых экспериментов по генетике бактериофагов,[24] ранние исследователи, например, Сеймор Бензер, использовали E. coli и фаг T4 для изучения структуры генов.[25] До исследований Бензера не было известно, имеет ген линейную или разветвленную структуру.

Кишечная палочка E. coli была одним из первых организмов, чей геном был полностью секвенирован. Последовательность нуклеотидов в геноме штамма К12 E. coli была опубликована в журнале Science в 1997 году.[26]

Долговременный эксперимент по эволюции E. coli был начат Ричардом Ленски в 1988 году, и позволил непосредственно наблюдать эволюционные изменения в лабораторных условиях.[27] В данном эксперименте одна популяция E. coli получила возможность аэробно метаболизировать цитрат. Такая способность встречается у E. coli в норме крайне редко. Неспособность к росту в аэробных условиях используют для того, чтобы отличить E. coli от других, родственных бактерий, например, Salmonella. В ходе данного эксперимента в лабораторных условиях удалось наблюдать процесс видообразования.

5. Биотехнология

E. coli играет важную роль в современной промышленной микробиологии и биологической инженерии.[28] Работа Стенли Нормана Коэна и Герберта Бойера на E. coli, с использованием плазмид и эндонуклеаз рестрикции для создания рекомбинантной ДНК, находится у истоков современной биотехнологии.[29]

Кишечную палочку считают универсальным организмом для синтеза чужеродных белков.[30] В E. coli исследователи вводят гены при помощи плазмид, что позволяет осуществлять биосинтез белков для промышленной ферментации. Также разработаны системы для синтеза в E. coli рекомбинантных белков. Одним из первых примеров использовании технологии рекомбинантных ДНК является синтез аналога инсулина человека.[31] Модифицированные E. coli используют при разработке вакцин, синтеза иммобилизованных ферментов и решения других задач.[30] Однако, в организме E. coli невозможно получать некоторые крупные белковые комплексы, содержащие дисульфидные связи, в частности, белки, для проявления биологической активности которых требуется посттрансляционная модификация.[28]

6. Патогенность

Непатогенные бактерии E. coli, в норме в больших количествах населяющие кишечник, могут, тем не менее, вызвать развитие патологии при попадании в другие органы или полости человеческого тела. Если бактерия попадает через отверстие в ЖКТ в брюшную полость, может возникнуть перитонит. Попав и размножившись во влагалище женщины, бактерия может вызвать или осложнить кольпит. Попадание бактерии в предстательную железу мужчины может быть патогенезом острого или хронического бактериального простатита. В таких случаях в лечение включается применение антибиотиков, проводимое таким образом, чтобы не подавлять нормальную микрофлору кишечника, иначе возможно развитие дисбактериоза.

E. coli очень чувствительна к таким антибиотикам, как стрептомицин или гентамицин. Однако, E. coli может быстро приобретать лекарственную устойчивость.[32]

7. Желудочно-кишечные инфекции

Вирулентные штаммы E. coli могут вызывать гастроэнтериты, воспаления мочеполовой системы, а также менингит у новорожденных. В редких случаях вирулентные штаммы также вызывают гемолитический-уремический синдром, перитонит, мастит, сепсис и грамотрицательную пневмонию.

Некоторые штаммы E. coli, например, O157:H7, O121 и O104:H21, синтезируют потенциально смертельные токсины. Пищевые отравления, инфекционным агентом при которых является E. coli, обычно вызваны употреблением в пищу немытых овощей или непрожаренного мяса.

В случае заболеваний кишечника у новорожденных, при болезни Крона и при неспецифическом язвенном колите, обнаруживают повышенные уровни E. coli в слизистых ЖКТ.[33] Инвазивные штаммы E. coli обнаружены в воспаленных тканях, а количество бактерий в очагах воспаления коррелирует с тяжестью воспаления в кишечнике.[34]

Передача патогенных E. coli часто происходит фекально-оральным путем.[18][35][36] Частые пути передачи могут быть вызваны: низкой гигиеной приготовления пищи, [35] загрязнением продуктов навозом,[37] поливом урожая загрязненной водой или сточными водами,[38] при выпасе диких свиней на пашнях,[39] употреблением для питья воды, загрязненной сточными водами.[40]

Первичными резервуарами E. coli O157:H7 является мясной и молочный скот,[41] который может переносить бактерии бессимптомно и выделять с фекалиями.[41]

8. Менингит новорождённых

Один из серотипов Escherichia coli содержит антиген K1. Заселение кишечника новорождённого данным серотипом бактерий при попадании бактерий из влагалища матери, может приводить к менингиту. В отсутствие IgM от матери, которые не способны проникать через гемато-плацентарный барьер, и потому, что организм распознает K1 как собственный антиген, данный серотип вызывает тяжёлые воспаления мозга.

9. Лечение фагами

Терапия бактериофагами для лечения патогенных бактерий была разработана более 80 лет назад в Советском Союзе, где использовалась для лечения диареи, вызванной E. coli.[42] В настоящее время фаговая терапия доступна лишь в Центре фаговой терапии в Грузии и в Польше.[43]

Бактериофаг Т4 является хорошо изученным фагом, инфицирующим E. coli.

10. Вакцина

Исследователи разрабатывают эффективные вакцины для снижения количества случаев заражения патогенными штаммами E. coli по всему миру.[44]

В апреле 2009 года исследователи Мичиганского университета заявили о том, что разработали вакцину для одного из штаммов E. coli. Подана заявка на патент.[45]

Примечания

скачать
Данный реферат составлен на основе статьи из русской Википедии.
Синхронизация выполнена 11.07.11 16:38:58
Похожие рефераты: Кишечная непроходимость, Кишечная лямблия, Странгуляционная кишечная непроходимость, Щелочная фосфатаза кишечная, Болгарская палочка, Ацидофильная палочка, Палочка (кириллица), Зелёная палочка, Палочка Фридлендера.

Категории: Модельные организмы, Бактерии по алфавиту, Кишечная палочка.

Текст доступен по лицензии Creative Commons Attribution-ShareAlike.