Как под микроскопом увидеть стафилококк
Учёный-микробиолог, доктор биологических наук, профессор Сколковского института науки и технологий, профессор Ратгерского университета (Нью-Джерси, США), заведующий лабораториями в Институте молекулярной генетики РАН, Институте биологии гена РАН и в Санкт-Петербургском Политехническом университете Петра Великого.
- Человеку достаточно сложно составить представление о мире микроорганизмов, поскольку в отличие от привычных растений и животных увидеть микробов невооружённым глазом он не может. Пожалуйста, расскажите, что этот мир всё-таки собой представляет?
Жизнь существует на Земле около 4 миллиардов лет, и первые два миллиарда с небольшим планету населяли исключительно микробы. Все живые существа, включая нас с вами, являются прямыми потомками клетки или клеток микробов, которые жили 4 миллиарда лет назад. Тогда состояние поверхности планеты очень сильно отличалось от теперешнего. В частности, Земля была в целом горячее – 60-80 градусов, а её атмосфера не содержала кислорода. Поэтому первые микроорганизмы, которые её населяли, были с нашей точки зрения очень своеобразными. Они были способны жить при высоких температурах, отсутствии кислорода, высокой кислотности и тому подобное.
Сейчас таких экстремальных экологических ниш осталось мало, но все они заселены микробами. Конечно и остальная часть поверхности Земли, и даже её недра, а также океаны, от поверхности до глубин, густо заселены одноклеточными организмами – настолько, что по количеству клеток бактерии и археи (вместе они образуют царство прокариот - организмов, клетки которых, в отличие от наших, не имеют ядер), многократно превосходят количество многоклеточных организмов, которых мы с вами можем увидеть невооружённым глазом.
Кстати, утверждение, что мы не видим бактерий, и их мир для нас недоступен - не совсем верно. Например, достаточно найти какой-нибудь горячий источник, и вы увидите рядом с ним всевозможные разноцветные образования. Большинство из них связано с жизнедеятельностью бактерий. Многие месторождения железной руды также образованы бактериями, но жившими в далёком прошлом.
Brocken Inaglory / wikipedia
Большой призматический источник в национальном парке Йеллоустоун. Термофилы – тип организмов из экстремофилов, которые живут при относительно высоких температурах (от +45 до +80 °C).
- А насколько разнообразным является видовой состав бактерий и насколько хорошо они все изучены? Много ли бактерий, по оценкам учёных, остаются неизвестными?
Для бактерий не существует понятия вида как такового. Если вы видите зебру, тигра или какого-нибудь краба, то вы более или менее понимаете, что говорите о чётко отличающихся друг от друга объектах. Для них можно ввести понятие вида как группы особей, которые свободно скрещиваются (т.е., обмениваются генетической информацией) и дают плодовитое потомство. Обмена генетической информацией между видами не происходит. Бактерии же, по всей видимости, свободно обмениваются генетической информацией даже между генетически очень удалёнными индивидуумами. Тем не менее, безусловно, есть устойчивые группы бактерий, которые более родственны друг другу, чем другие.
Adrian Daerr / commons.wikimedia
- Неоднократно приходилось слышать прогнозы, что когда оттает вечная мерзлота, проснётся куча каких-то древних бактерий, которые погубят вокруг себя всю остальную жизнь. Насколько, по вашему мнению, обоснованы такие опасения?
- С антибиотиками связано ещё одно крайне распространённое опасение. Заключается оно в том, что бактерии, в конце концов, приобретут устойчивость ко всем создаваемым препаратам, после чего быстро расправятся с человечеством…
И это тоже глупость, в которой есть доля истины. Широкое использование антибиотиков привело к тому, что бактерии, которые раньше были к ним чувствительны, исчезли, а их место заняли более устойчивые варианты. Сначала повысилась частота устойчивых бактерий в больницах, сейчас регистрируют повышение частоты устойчивых бактерий или генов устойчивости к антибиотикам в природных образцах – почве, воде и т.д. Устойчивые к антибиотикам бактерии способны передавать гены устойчивости другим бактериям, которые таких генов не имеют. В результате устойчивость распространяется. Это, кстати, - прекрасная иллюстрация Дарвиновской эволюции. Увеличение частоты болезнетворных штаммов, устойчивых к антибиотикам, означает очевидную медицинскую проблему, ведь если раньше человека, подхватившего то или иное заболевание, можно было вылечить относительно простыми антибиотиками первой волны, то сейчас они уже вряд ли помогут. Хотя проблема, безусловно, есть, в целом антибиотики продолжают работать, и мы все находимся в гораздо лучшей ситуации, чем та, в которой были люди, жившие в начале прошлого века.
Антибиотики – это вовсе не изобретение людей. Это химические вещества, которые одни микробы синтезируют, чтобы подавлять рост своих соседей. Почти все имеющиеся в арсенале современной медицины антибиотики искали с помощью подхода, требовавшего выращивания бактерий на чашках, и с конца 70-х годов прошлого века новые антибиотики стали находить всё реже и реже: раз за разом учёные в разных странах находили одни и те же, уже известные вещества. Возникло ощущение, что все или почти все антибиотики найдены, и бактерии рано или поздно приобретут к ним устойчивость. Я уже говорил, что подавляющее большинство бактерий на чашках вообще не растёт. Но относительно недавно произошёл прорыв – возникла возможность изучать геномы бактерий, отказывающихся расти в лаборатории, а значит мы можем отойти от необходимости их культивировать. Поэтому сейчас, с осознанием того, что мир бактерий огромен и нам нет нужды культивировать бактерии, чтобы получить их гены (например, гены производства антибиотиков), мы приходим к пониманию, что количество новых антибиотиков, которое может быть введено в практику, потенциально неисчерпаемо.
В то же время, идея победить все бактерии также несостоятельна. Бактерии живут на Земле миллиарды лет, и останутся здесь после того, когда мы исчезнем. Подавляющее большинство микроорганизмов о нас понятия не имеет – они занимаются своими делами, мы им совершенно безразличны. Более того, мы сами зависим от населяющих нас микробов, причём, в гораздо большей степени, чем они от нас. Что касается узкого круга болезнетворных бактерий, то и с ними мы тоже никогда не справимся полностью, поскольку на любой антибиотик рано или поздно возникнет устойчивость. То есть вопрос заключается не в том, возникнет она или нет, а в том, когда она возникнет. Люди лишь могут стать чуть-чуть умнее и использовать антибиотики более разумно, чтобы устойчивость возникала медленнее, но нам всё равно придётся искать новые антибиотики.
NIAID / flickr
Микрофотографии бактерий, сделанные с помощью растрового электронного микроскопа: Метициллинрезистентный золотистый стафилококк (жёлтый) и мёртвый человеческий нейтрофил (красный).
Valerie O’Brien, Matthew Joens, Scott J. Hultgren, James A.J. Fitzpatrick, Washington University, St. Louis
Мочевой пузырь лабораторной мыши (синий), реинфицированный кишечной палочкой (лат. Escherichia coli) (розовый). Белые кровяные клетки (жёлтые) растягиваются и, как представляется, являются волокнистыми внеклеточными ловушками для обездвиживания и уничтожения бактерий.
NIAID / flickr
Мышиный макрофаг (жёлтый), инфицированный бактерией Francisella tularensis (синий), являющейся возбудителем туляремии.
- А что представляют собой те бактерии, которые человеку жизненно необходимы?
Тело человека состоит из многих триллионов собственно человеческих клеток. При этом внутри нас и на нас живёт не меньшее количество клеток микробов, в основном бактерий. Большая их часть обитает в кишечнике и фактически образует там единый огромный орган – кишечный микробиом. Эти бактерии в значительной степени ответственны за переваривание пищи, которую мы потребляем, и за производство некоторых веществ вроде витаминов и противовоспалительных соединений, которые наш собственный организм производить не способен. Они в некотором смысле нас кормят, а мы кормим их.
Бактерии живут на слизистых и на коже. Они создают среду, необходимую, в частности, для нормального функционирования этих органов, и защищают их от попадания других, вредных бактерий. Другой вопрос, что если у вас ослабленный иммунный статус или есть какие-то повреждения, то эти же самые бактерии могут вас убить. После смерти мы потихонечку перевариваемся вовсе не червями, а бактериями - наш микробиом становится некробиомом. По изменению спектра микробов на трупе можно довольно точно определить, когда умер человек.
Современные исследования показывают, что некоторые болезни, считавшиеся до недавних пор связанными с генетической наследственностью, стрессами и другими неблагоприятными факторами среды, имеют или могут иметь бактериальную природу. Даже некоторые психические заболевания, возможно, могут быть вызваны отклонениями в составе микробиома.
В общем, если говорить в целом о значении микробов для человека, можно сказать следующее: если бактерии вдруг исчезнут, то человечество вымрет; если вдруг исчезнет человечество, то на бактерий, живущих на Земле, это окажет минимальное воздействие.
Бактерии живут в любом уголке земного шара, а это значит, что там они что-то едят, преобразуя одни химические вещества в другие, и извлекая из этого энергию. Они умеют это делать потому, что у них есть гены, которые кодируют ферменты, способные катализировать эти химические превращения.
- Для того, чтобы получить сорт какого-нибудь зимостойкого растения, биологи занимаются селекцией или прибегают к редактированию генома. Можно ли подобным образом производить какие-то действия с бактериями, чтобы получить культуры с необходимыми свойствами?
Формально первый (и пока единственный) полностью синтетической организм - это микроб, сделанный около десяти лет назад группой Крейга Вентера, того самого, который первым расшифровал геном человека. Он изъял из клетки бактерии содержащуюся в ней генетическую информацию, затем с помощью специальных приборов и экспериментальных ухищрений синтезировал очень длинную последовательность ДНК, которая соответствовала геному другой, родственной бактерии, и ввёл эту синтетически полученную ДНК в клетку бактерии, лишённую собственной ДНК. Получилась вполне живая, способная к делению клетка. Но этот опыт, скорее, демонстрация технических возможностей, научное значение у него небольшое.
Anna Ivanova / 123rf.com
Long PHAM / flickr
- Какие основные надежды сегодня возлагаются на микробиологов? Какие результаты их деятельности нам ждать в ближайшее время?
Я не думаю, что вопрос поставлен правильно. Есть масса прикладных микробиологических лабораторий: медицинских, индустриальных, пищевых. Значение микробов в пищевой промышленности и медицине огромно и у специалистов, работающих там, есть важные и чётко определённые задачи. Но микробиология – это ещё и очень важная фундаментальная биологическая дисциплина. Ведь в некотором смысле, жизнь – это вовсе не люди, звери или растения, жизнь – это бактерии. Микробы отличаются друг от друга очень сильно. Два случайно взятых микроба с точки зрения молекулярной биологии, биохимии, физиологии могут различаться сильнее, чем, например, человек отличается от кукурузы. Поэтому всё многообразие жизни, к которой мы привыкли, по сравнению с многообразием мира микробов очень незначительно. Микробиологи, изучающие разных микробов, изучают совершенно разные формы жизни и всё время обнаруживают совершенно неожиданные вещи. Как и в любой другой фундаментальной науке, в микробиологии огромную роль играет элемент случайности. Так, совсем недавно были обнаружены комплексы генов, с помощью которых бактерии борются с вирусами. Они получили название CRISPR-Cas и сейчас с их помощью учёные разрабатывают методы лечения генных болезней человека. Казалось бы, где бактерии и их вирусы, а где генетические болезни? Тем не менее связь прямая, но ещё 5 лет назад никто об этом не догадывался. Так что делать прогнозы в науке – бессмысленное дело, и именно поэтому она такая интересная и захватывающая.
Фото на обложке статьи: NIAID / flickr
Подписаться на новыe материалы можно здесь: Фейсбук ВКонтакте
Микробы, грибы и вирусы это огромный мир, окружающий нас и наших животных. Проживая под одной крышей со своими питомцами, мы так или иначе контактируем с их микробами. Опасно ли это? Большинство болезнетворных микробов и грибов имеют видовую принадлежность к организму хозяина, то есть живут лишь в своем виде. Например чума собак не имеет ничего общего с чумой человека, к тому же, в первом случае это вирус , а во втором бактерия. Вирус чумы плотоядных опасен для лис и хорьков, но не опасен для кошек. Но есть масса микробов общих для человека и животных, болезни вызываемые ими называются зооантропонозами. Это самые опасные - бешенство, лептоспироз, туляремия, масса кишечных инфекций таких как: сальмонеллез, ботулизм, раневые инфекции - стафилококк, стрептококк, столбняк . Болезнь Лайма, которую переносят лесные клещи. Хламидиоз и токсоплазмоз опасные для женщин детородного возраста возможностью бесплодия. Наконец всем знакомый стригущий лишай - микроспория.
Микроскопия дешевый и доступный метод исследования. Но не стоит поддаваться на легкость диагностики мазнув ватным тампоном по больному месту и обнаружив в мазке стафилококк. Дело в том, что большинство банальной микрофлоры постоянно живет на поверхности и во внутренних органах животного. Есть стерильные области тела, например, спинномозговой канал или мочевой пузырь. В них микробов не должно быть и обнаружение в них чего-то вроде стафилококка (при условии, что проба взята с соблюдением правил асептики), несомненно наводит на мысль, что это инфекция. В то же время стафилококк с поверхности кожи или кишечная палочка из кала не имеют ни какого значения, это нормальная флора для этих мест. Часто приходится сталкиваться как раз стакими случаями: мазок из уха, выделен стафилококк, определена чувствительность к антибиотикам, вперед, лечите. Во-первых, некоторые стафилококки действительно представляют некоторую опасность (они имеют т.н. факторы патогенности, например, вызывают гемолиз), но для этого в исследовании должет быть указан род и вид микроба, во-вторых важна массивность роста именно этого микроба по сравнению с ростом другой флоры, в-третьих следует решить первична эта причина или нет. Ну к примеру: аллергия на сахар, у собаки "текут" уши, выделяется стафилококк, сделан анализ, назначен курс антибиотиков, собаку соседи продолжают угощать печеньем. Причина сахар, а не стафилококк, возможно проблема была бы решена и без антибиотиков, если бы был наведен порядок с кормлением.
Я попытаюсь нарисовать схему микробиологического исследования.
Пробу следует отбирать стерильным тампоном в стерильную пробирку или банку. Нельзя брать мазок из уха намотанным пальцами на спичку ватным тампоном. Нельзя брать мочу из лужи на полу. Можно для микроскопии на предмет обнаружения клещей или на биохимию, но не микробиологию!
требуется выбрать место из которого брать пробу, например, из закрытого очага, пункционной иглой или из-под струпа, или пункцией мочевого пузыря через брюшную стенку.
В лаборатории лаборант полученную пробу засеет на чашку с питательной средой. Среды и условия культивирования микробов разные, поэтому направляющий врач должен написать в направлении на что он хотел бы исследовать пробу.
через сутки на чашке вырастут много (или мало) мелких (или крупных) колоний разных цветов и форм.
микробиолог оценит их количество и начнет выделять чистые культуры. Чистая культура это потомство одной изолированной колонии микробов
Еще через сутки с чистой культурой будут поставлены различные тесты, на основании которых будет установлен род и вид микроба. Микробиолог и клиницист должны иметь постоянную связь друг с другом. Например, на первом этапе исследования выделен рост бактерий 60%, кокков 30% споровых палочек 10%. Клиницист просит продолжить исследование в направлении выделения бактерий и кокков. На следующем этапе выделен эпидермальный стафилококк и синегнойная палочка. Синегнойная палочка с большей вероятностью имеет отношение к гнойному процессу у животного , чем стафилококк, и клиницист решает исследовать палочку ни чувствительность к антибиотикам
Еще через сутки или двое поставлен тест на антибиотик и определен курс лечения. Каждая лаборатория имеет стандартный набор тестов на антибиотики, но имеет ли ветврач в наличии эти антибиотики, поэтому следует оговорить в направлении на исследование, какие антибиотики интересуют врача. Спектр предлагаемых ветеринарными фирмами препаратов отличается от медицинских и не всегда следует ориентироваться на редкие медицинские антибиотики, если микроб может оказаться чувствительным к банальному пенициллину.
Микроскоп имеет несколько окуляров и объективов, если, например, микробы можно рассмотреть при увеличении 1000-1600, то клетки крови и дрожжевые грибы видны при увеличении 400, подкожные клещи при 100-160, а ушные клещи при 40. По этому можно судить об их относительных размерах.
Для облегчения наблюдения за микроскопическими объектами существуют различные способы окраски. Есть краски одноцветные и двуцветные, можно покрасить споры и капсулы, ядра и оболочки клеток, можно покрасить живые клетки и определить сколько клеток живых, сколько мертвых. Существует еще ряд видов микроскопии: микроскопия в темном поле, люминесцентная и электронная микроскопия, они позволяют увидеть объекты , которые не видны в простой микроскоп, возможности которого ограничены длиной световой волны.
Демодекс - подкожный клещ Щенок французского бульдога | Зернистый почечный цилиндр и гифы грибовКошка 14 лет, хронический цистит, рН 6,5, лейкоциты ++++, протеин ++, плотность 1,020 |
Клетка с атипичными признаками- два ядра | "Блуждающая перхоть" хейлетиелла. мазок из перхоти после стрижки - причина зуда и образования колтунов у персидского кота |
Гифы грибов Кошка 14 лет, хронический цистит, рН 6,5, лейкоциты ++++, протеин ++, плотность 1,020 Хотите читать
|