Медицинская микробиология

1. Медицинская микробиология план лекции

• Предмет медицинской микробиологии
• Цели, задачи, методы
• Систематика, классификация, таксономия,
номенклатура микробов
• Идентификация
• Группы микроорганизмов
• Этиологическая диагностика инфекций
• Взаимодействие: лечащий врач - микробиолог

2. Микробиология – это наука о существах, невидимых невооруженным глазом и видимых только через микроскоп

Предмет медицинской
микробиологии

3. Разделы микробиологии:

1. Общая изучает общие закономерности, свойственные
микроорганизмам: структуру, метаболизм, генетику, экологию.
2. Техническая - разработка биотехнологии синтеза
микроорганизмами биологически активных веществ: белков,
нуклеиновых кислот, антибиотиков и др.
3. Сельскохозяйственная - изучает роль микроорганизмов в
круговороте веществ, использует их для синтеза удобрений, борьбы
с вредителями.
4. Ветеринарная – изучает возбудителей заболеваний диких и
домащних животных, птиц
5. Медицинская микробиология - изучает возбудителей
заболеваний человека, включает:
• Клиническая микробиология – диагностика микробных
заболеваний человека
• Санитарная микробиология- санитарно-микробиологическое
состояние объектов окружающей среды: вода, пищевые
продукты, воздух, почва, ЛПУ и разрабатывает санитарномикробиологические нормативы и методы микробиологической
опасности различных объектов внешней среды.

4.

Задачи и предмет изучения микробиологии
ЗНАЧЕНИЕ МИКРООРГАНИЗМОВ
ПОЛЕЗНОЕ
ВРЕДНОЕ
В ПРОИЗВОДСТВЕ
В ПРОИЗВОДСТВЕ
Пищевых
продуктов
Пищевых
белков
Виноделие
с/х
продуктов
антибиотиков
и др. препаратов
Коррозия
металла
Повышение
плодородия
почвы
В медицине,
ветеринарии
В медицине,
ветеринарии
Хлебопечение
В формировании
неспецифической
резистентности
В формировании
инфекционного
процесса
4
Пожарская В.О., Райкис Б.Н., Казиев А.Х. «Общая микробиология с вирусологией и иммунологией (в графическом изображении)» - Москва - 2008

5. Цель

• Медицинская микробиология занимается
микробами, играющими роль в патологии
человека, и методами предотвращения и
нейтрализации их действия
• Микробная патология:
Инфекции и инвазии
Токсикозы
Аллергии
Дисбиоз

6.

7. Методы микробиологии:

• микроскопия: световая, фазово-контрастная,
темнопольная, флуоресцентная, электронная;
• культуральный метод (бактериологический,
вирусологический, микологический);
• биологический метод (заражение лабораторных
животных с воспроизведением инфекционного
процесса на чувствительных моделях);
• серологический метод — выявления антигенов
микроорганизмов или антител к ним ;
• аллергологический метод
• молекулярно-генетические методы
(ПЦР,биочипы, секвенирование);

8.

Систематика, классификация,
таксономия, номенклатура
микробов

9.

Систематика - распределение
микроорганизмов в соответствии с их
происхождением и биологическим
сходством.
Систематика занимается всесторонним
описанием видов организмов, выяснением
степени родственных отношений между
ними и объединением их в различные по
уровню родства классификационные
единицы- таксоны.
Основные вопросы, решаемые при
систематике :
классификация,
идентификация
номенклатура микроорганизмов.

10.

Классификация - распределение (объединение)
организмов в соответствии с их общими
свойствами (сходными генотипическими и
фенотипическими признаками) по различным
таксонам.
Таксономия - наука о методах и принципах
распределения (классификации) организмов в
соответствии с их иерархией. Наиболее часто
используют следующие таксономические единицы
(таксоны)- вид, род. Последующие более крупные
таксоны - семейство, порядок, класс.
Главной классификационной категорией является вид
— совокупность организмов, имеющих общее
происхождение, сходные морфологические,
физиологические признаки, обмен веществ и
генетические детерминанты
Нумерическая (численная) таксономия
основывается на использовании максимального
количества сопоставляемых признаков и
математическом учете степени соответствия.

11. Принципы систематики и классификации бактерий:

• Морфологические признаки – величина, форма,
взаиморасположение;
• Структура и химический состав клеточных стенок;
• Липидный и жирнокислотный состав;
• Тинкториальные свойства – отношение к красителям (напр. Гр+
или Гр-);
• Культуральные свойства – особенности роста на питательных
средах;
• Способы размножения – половое, бесполое;
• Физиологические свойства – метаболизм, отношение к
кислороду (напр. аэробы, анаэробы), подвижность бактерий и
спорообразование;
• Биохимические свойства - экзоферменты;
• Антигенные свойства;
• Белковые спектры и протеом
• Генетический аппарат и геном

12. Таксономия микробов

Таксономия – это распределение
микробов по группам в соответствии с
классификационными критериями.
Основные критерии:
1.Клетка/ не клетка
2.Наследственный материал – ядро, нуклеоид,
НК вирусов
3.Физиологические свойства (метаболизм,
условия
культивирования, спектр
ферментов)
4.Морфология
5.Молекулярно-биологические (особенности
генома и последовательность нуклеотидов в ДНК
и РНК)

13. Карл Линней (1707-1778)

• Первой общей биологической классификацией была
созданная в XVIII веке система шведского врача и
ученого К. Линнея, основанная на морфологических
признаках и включавшая животный и растительный
мир.
• С развитием науки в классификации стали учитывать не
только морфологические, но и физиологические,
биохимические и генетические особенности
микроорганизмов.

14.

15.

16.

17.

18. Polyphasic taxonomy

• When classifying a new taxon, it is essential to describe phenotypic,
genotypic and phylogenetic information as accurately as possible. This
constitutes the polyphasic approach of taxonomy and is shown in Figure 2.
• The phenotypic information comes from the colony characteristics, cell
type, cell wall-type, pigmentation patterns, proteins and other
chemotaxonomic markers.
• Genotypic features are derived from the nucleic acids (DNA / RNA).
• Phylogenetic information is obtained from studying sequence similarities
of the 16S rRNA or 23 S rRNA genes in case of bacteria and 18S rRNA in
case of fungi.
• Many types of molecules are used for delineating and describing a taxon;
some are mandatory (16S rRNA genes, phenotypes, chemotaxonomy) while
others are optional (amino-acid sequencing of certain protein products,
DNA-DNA hybridization), unless required for appropriate description.
• Genotyping methods such as Restriction Fragment Length Polymorphism
(RFLP), Randomly Amplified Polymorphic DNA (RAPD), Amplified Fragment
Length Polymorphism (AFLP), Amplified Ribosomal DNA Restriction Analysis
(ARDRA), Repetitive Element-Polymerase Chain Reaction (REP-PCR),
Ribotyping and Multi Locus Sequence Analyses (MLSA) are some of the
newer methods to characterize a taxon.

19.

20.

21. Нумерическая таксономия

• Computer-based таксономия, основанная на
использовании от 50 до 200 морфологических,
биохимических, культуральных, молекулярногенетических и других признаков для установления
сходства м/о
• Расчет коэффициента сходства позволяет строить
дендрограммы, отражающие как таксономическое
положение, так и эволюционное развитие микроба.

22.

23.

24.

25. Царства живых организмов

1. Animalia
2. Plantae
3. Fungi
4. Protista
5. Monera - Bacteria and Cyanobacteria
Eukaryotic vs. Prokaryotic

26.

27.

28.

29.

30. Номенклатура

• Номенклатура – присвоение определенных
названий (словесное обозначение, чаще in Latin)
для различных таксонов в соответствии с
международными правилами.
• Международный язык микробиологов и врачей.
• Бинарная номенклатура. В микробиологии для
бактерий, грибов и простейших используется
бинарная латинская номенклатура, предложенная
Карлом Линнеем. Первое название род (с заглавной
буквы), а второе – вид(со строчной буквы).Пример Esherichia coli. Родовое название определяется по
фамилии автора или морфологии, а видовое – по
вызываемому заболеванию или месту обитания.
• Вирусы имеют только одно название

31. Классификация

• Основными ступенями всех классификаций
являются: царство — класс — порядок —
семейство — род — вид.
• Главной классификационной категорией
является вид — совокупность организмов,
имеющих общее происхождение, сходные
морфологические, физиологические
признаки, обмен веществ и генетические
детерминанты.

32. Основные таксоны

• Надцарство -> Царство -> Подцарство ->Отдел ->Класс >Порядок-> Семейство- Род ->Вид
• Вид – это совокупность организмов, имеющих схожие
свойства.
Нетаксономические категории и термины
• Чистая культура – это популяция микроорганизмов
одного вида.
• Штамм – это чистая культура, выделенная из одного
источника.
• Клон – это чистая культура с определенным идентичным
генотипом.
• Вариант (внутривидовая категория): Серовар – имеет
определенные антигены. Фаговар – это вариант, который
поражается определенным фагом. Биовар – это вариант,
имеющий определенные биологические свойства.

33.

Бактериальная культура (колония) - это
визуально определяемая на питательных средах
совокупность бактерий. Культуры могут быть
чистыми (совокупность бактерий одного вида
(рода
или
штамма)
и
смешанными
(совокупность бактерий двух или более видов
(родов или штаммов).

34.

Штамм («конкретный образец данного вида) - это
совокупность бактерий одного вида, выделенных из
разных источников или из одного источника в
разное время. Штаммы могут различаться по
некоторым признакам, не выходящим за пределы
характеристики вида.
Клон - это совокупность бактерий, являющихся
потомством одной клетки.

35. Внутривидовые варианты:

Название
Биовар (Biovar)
Хемоформ (Chemoform)
Хемовар (Chemovar)
Синонимы
Биотип,
физиологически
тип
Хемотип
Культивар (Cultivar)
Учитываемые признаки
Биохимические или физиологические свойства
Химический состав Образование какого-либо
химического вещества
Культивируемый штамм с особыми свойствами
Forme specialis
Особая форма
Морфовар (Morphovar)
Морфотип
Морфологические признаки
Патовар (Pathovar)
Патотип
Патогенная реакция у одного или более хозяев
Фаговар (Phagovar)
Фаготип, лизотип
Отношение к бактериофагу
Фаза (Phase)
Серовар (Serovar)
Применимо к хорошо очерченной стадии
естественно встречающихся альтернативных
вариантов
Серотип
Состояние (Status)
Геновариант (Genovar)
Паразитический, симбиотический или
комменсальный микроорганизм,
адаптированный к определенному хозяину
или условиям.
Антигенные признаки
Варианты колоний, например шероховатая,
гладкая, мукоидная
Генотип
Генетически обособленный вариант

36.

37. Идентификация бактерий

Используют следующие показатели:
1.Фенотипические(морфологические,
тинкториальные, культуральные,
биохимические, антигенные, протеом )
2.Генотипические(соотношение
G+C(соотношение гуанина и цитозина),
генодиагностика – ПЦР, плазмидный
профиль, секвенирование)
3.Филогенетические (анализ рРНКпоследовательностей, секвенирование 16S и
23S рРНК )

38.

39. Группы микроорганизмов

• Все микроорганизмы подразделяются на клеточные и неклеточные.
• К неклеточным микроорганизмам относят вирусы ,вироиды и прионы.
• Клеточные формы микроорганизмов подразделяются на эукариот и
прокариот.
Эукариоты ( ядерные формы) подразделяются на микромицеты(грибы) и
простейшие.
Прокариоты - бактерии, которые делятся на две группы: эубактерии и
архебактерии.
Эубактерии в свою очередь делятся на грамположительные (толстостенные),
грамотрицательные (тонкостенные) и бактерии без клеточной стенки
(микоплазмы). К тонкостенным бактериям относятся кокки, палочки, извитые (
спириллы и спирохеты), риккетсии и хламидии. К толстостенным относят кокки,
палочковидные и актиномицеты.

40.

41.

42. Прионы

• Прионы - белковые инфекционные частицы
(сокр. англ. proteinacous infection particle).
• Прионный белок обозначается как PrP (англ.
prion protein), он может быть в двух изоформах:
клеточной, нормальной (PrPc) и измененной,
патологической (PrPsc).
• Ранее патологические прионы относили к
возбудителям медленных вирусных инфекций,
теперь более правильно их относить к
возбудителям конформационных болезней,
вызывающим диспротеиноз.

43.

44.

45.

46. Этапы взаимодействия прионов

47.

48. Куру

49. Прионы

• 11.04.2014.Вчера
в Монте-Карло
Рафа встретился
со своей
поклонницей
Кристиной Апойо
и её родителями.
Девочка страдает
болезнью
Крейтцфельдта —
Якоба

50.

51.

52.

53.

54.

55. Characteristics of microbes

55

56. Вирусы

57.

58. Надцарство (домен) Архебактерии

59.

60. Архе́и (от др.-греч. - «извечный, древний, первозданный, старый») — домен (надцарство) живых организмов.

• Архе́и (архебактерии) - одноклеточные микроорганизмы, не
имеющие оформленного ядра, а также каких-либо
мембранных органелл.
• Археи настолько необычные существа, что их выделяют в
отдельный домен наряду с бактериями и эукариотами.
• Они предпочитают экстремальные экологические ниши: с
высокой солёностью (как H. volcanii), с чрезмерно
повышенной или пониженной температурой среды, с
повышенной кислотностью или щёлочностью.
• Объединяя свойства бактерий и эукариот, на генетическом
уровне они стоят ближе к эукариотам.
• Археи не являются возбудителями заболеваний человека.

61. Археи обладают многими биохимическими особенностями, отличающими их от других форм жизни.

• Археи подразделяют на 4 типа. Подавляющее
большинство из них никогда не выращивались в
лабораторных условиях и были определены как археи
лишь по анализу нуклеиновых кислот из проб,
полученных из мест их обитания.
• Археи и бактерии очень похожи по размеру и форме
клеток, хотя некоторые археи имеют довольно
необычную форму - плоские и квадратные.
• Несмотря на внешнее сходство с бактериями,
некоторые гены и метаболические пути архей
сближают их с эукариотами (в частности ферменты,
катализирующие процессы транскрипции и
трансляции).

62.

63.

64.

65.

• В 2005 году группа ученых из британского Университета Кардиффа под
руководством Джона Паркеса выяснила, что под поверхностью дна морей и
океанов существует целая биосфера. Океанологи взяли образцы осадочных
пород из разных мест Атлантики, которые располагались на 800 метров ниже
океанического дна. Каково же было их удивление, когда в них обнаружились
миллиарды разнообразных бактерий. Причем создавалось такое ощущение,
что время для них остановилось — возраст пород был оценен в 3,8 миллиарда
лет, а жившие в каменных лабиринтах микроорганизмы ничем не отличались
от тех, которых находили окаменевшими в данных осадках.
• Методика Паркеса позволила эффективно обнаруживать живые клетки в
образцах пород. И оказалось, что около трети бактерий, которые учёные
обнаруживали в глубоких донных породах — живы.
• Исследовав биохимический состав некоторых живых бактериальных клеток,
ученые выяснили, что их возраст исчислялся тысячами лет. При этом
аналогичная бактерия, обитающая на морском дне, прожила бы сутки!
Получается, что жить под дном океана весьма полезно для здоровья.
Прокариоты — бактерии и археи (архебактерии), к которым относятся
Thermococcus и Pyrococcus— составляют, возможно, половину всей биомассы
на планете. Согласно одной из оценок, общая масса углерода, заключенного в
клетках прокариот, достигает 550 млрд тонн — примерно столько же, сколько
во всех растениях и животных, вместе взятых.

66. Клетка археи

Колония архей (фото
Ralph Robinson).
Клетка археи

67. Царство Бактерии

68.

69.

70.

71. Спорообразующая бактерия

72. ЭУКАРИОТЫ

73.

74.

75. Сравнение структур клеток водоросли, гриба и простейшего

76. Структура клетки простейшего

77.

78.

79. Размножение дрожжей почкованием

80.

81.

82.

Надцарство Прокариоты (лат. Procaryota)
Царство Бактерии (Bacteria)
Подцарство Цианеи (Cyanobionta)
Отдел Сине-зелёные водоросли (Cyanobacteria)
Надцарство Эукариоты, или
Ядерные (Eucaryota)
Царство Растения (Plantae)
Подцарство Водоросли (Phycobionta)
Отдел Зелёные водоросли (Chlorophyta)
Отдел Харовые водоросли (Charophyta)
Отдел Эвгленовые водоросли (Euglenophyta)
Отдел Золотистые водоросли (Chrysophyta)
Отдел Жёлто-зелёные водоросли (Xanthophyta)
Отдел Диатомовые водоросли (Bacillariophyta)
Отдел Динофитовые водоросли (Dinophyta)
Отдел Криптофитовые водоросли (Cryptophyta)
Отдел Бурые водоросли (Phaeophyta)
Подцарство Багрянки (Rhodobionta)
Отдел Красные водоросли (Rhodophyta)

83. Водоросли в патологии человека

• Альгозы
• Интоксикации
• Контактные дерматиты (аллергические
механизмы)
• Водоросли как резервуар для простейших и
бактерий на примере Болезни Легионеров.

84.

85. Прототекозы

• Прототекозы до недавнего
времени считались типичными
заболеваниями собак и кошек.
• Первый случай прототекоза
головного мозга у ВИЧинфицированного человека
описан в РФ в 1992г.
• Установленными возбудителями
заболеваний человека
являются P. Wickerhamii и P.Zopfii.

86. ПЕРВЫЙ В РОССИИ СЛУЧАЙ ПРОТОТЕКОЗА ГОЛОВНОГО МОЗГА

Р.А. Аравийский, Н.Н. Климко, Т.С. Богомолова
НИИ медицинской микологии им. П.Н. Кашкина СПб МАПО, Санкт-Петербург, Россия
• У молодого (22 года) иммунокомпетентного человека возникло поражение
головного мозга, принятое сначала за опухоль. Больной был прооперирован с
предположительным диагнозом «криптококкоз». При детальном
патоморфологическом исследовании очагов поражения (4-й желудочек,
мозжечок) в тканях были обнаружены типичные для Prototheca спорангии с
эндоспорами и перегородками (как поперечными, так и продольными),
окруженные гранулемой. Признаки острого воспаления отсутствовали. При
посеве ликвора на среду Сабуро получена культура Prototheca,
ассимилирующая только глюкозу, в отличие от P. zopfii, ассимилирующей
глюкозу и галактозу, и P.wickerhamii, ассимилирующей глюкозу, галактозу и
трегалозу.
• Культура определена как Prototheca trispora, ранее описанная в качестве
возбудителя заболеваний животных, но не человека.
• Установлен диагноз «прототекоз головного мозга».
• В настоящее время больной получал лечение амфотерицином В.

87. Photomicrograph of Prototheca wickerhamii infection in a human. Note the floret-like arrangements. Periodic acid-Schiff(PAS) stain.

88. Prototheca wickerhamii

89. Int J Antimicrob Agents. 2000 Aug;15(3):235-7. Systemic chlorellosis, an emerging infection in humans caused by algae Krcméry V

• One hundred and eight cases of human protothecosis
occurring over 25 years are reviewed.
• The most common species isolated was Prototheca
wickerhamii, The algae have been isolated from a large
number of sites but seem to have low virulence.
• In the majority of systemic infections there have been
few symptoms. Cutaneous manifestations may vary
from patient to patient but infections of
immunosuppressed patients tend to be more florid.
• Most cases have been successfully treated by excising
the lesion or with antifungals. Most strains are sensitive
to 5-fluorocytosine, amphotericin B and the azoles but
resistance does occur.

90. Encrusting Fan Leaf Alga: Lobophora variegata on “The Silent Evolution”

Early colonisation of
Crustose Coralline
Alga on “The Dream
Collector”
Crustose Coralline
Alga: Rhodaophyta sp.
on “Vicissitudes”

91. Encrusting Fan Leaf Alga: Lobophora variegata on “The Silent Evolution”

92. Y Branched Brown Alga: Dictoyota sp. on “The Silent Evolution”

93. Encrusting Fan Leaf Alga: Lobophora variegata on “The Silent Evolution”

94.

95.

96.

ГРУППЫ ПАТОГЕННОСТИ
( по классификации ВОЗ –обратный порядок)
I группа – возбудители особо опасных инфекций
(Y pestis)
II группа - возбудители высококонтагиозных эпидемических
заболеваний человека (B.anthracis, Brucella spp., F.tularensis, V.cholera
O1(O139) и др.)
III группа – возбудители инфекционных болезней, выделяемых в
самостоятельные нозологические группы (B.pertussis, C.botulinum,
C.diphteriae, N. meningitidis, N.gonorrhoeeae, S.typhi и др.)
IV группа – условно-патогенные микроорганизмы (Campylobacter spp.,
Staphylococcus spp., Streptoccoccus spp. и др.)

97. Группы микробов и разделы медицинской микробиологии

1. Bacteria
2. Protozoans
3. Algae
4. Parasites
5. Yeasts and Molds
– Fungi
• 6. Viruses
Bacteriology
Protozoology
Phycology
Parasitology
• Mycology
• Virology
Microorganisms - Microbes - Germs

98. Микробиологические лаборатории

• Диагностические – диагностика инфекций и инвазий
• Лаборатории для диагностики ООИ – диагностика
инфекций, вызываемых микробами I и II групп
• Референс-лаборатории – диагностические
высокоспециализированные, идентификация
редких и трудных для диагностики видов
• Научно-исследовательские – разработка
препаратов, средств и методов диагностики,
профилактики и лечения инфекций и инвазий
• Производственные – производство вакцин,
сывороток, бактериофагов
• Контролирующие – микробиологический контроль
производства пищевых, фармакологических,
косметических продуктов

99. Взаимодействие между лечащим врачом и микробиологом

• Врач
Предварительный диагноз
Взятие и транспортировка
материала
Лечение по
предварительному
диагнозу
Корректировка лечения по
результатам
микробиологического
анализа
Повторное взятие и
направление материала на
анализ
• Микробиолог
Экспресс-анализ
материала(6часов) по
предварительному
диагнозу врача
Информация врачу
Стандартный анализ(24-72
часа и более)
Окончательный результат
положительный или
отрицательный
Информация врачу об
этиологическом диагнозе и
чувствительности
возбудителя к х/т
препаратам

100.

101.

Спасибо за внимание!