Микробы бактерии вирусы что это такое и как с

Микроорганизмы вокруг нас: бактерии, вирусы, грибы, простейшие, а также гельминты и другие паразиты; их природа и функции. Элементарные знания и правила поведения, помогающие существенно уменьшить вероятность заражения и предотвратить возникновение серьезных патологических процессов в нашем организме.

До сих пор мы рассматривали работу систем и органов человека в отсутствии воздействия болезнетворных микробов (микроорганизмов). В повседневной жизни нас постоянно окружают микробы. Они находятся в воздухе, которым мы дышим, в почве, в воде, на нашей коже и даже внутри нас. Большинство из них относительно безвредны для человека, но много и опасных.

Особенно опасны микроорганизмы, способные вызвать эпидемию, когда распространение инфекционной болезни значительно превышает уровень заболеваемости, обычно регистрируемый в данной местности, или даже шире - пандемию, когда болезнь быстро распространяется на территории ряда стран и континентов. В истории человечества наиболее известны пандемии чумы и холеры.

В VI веке после прошедшей по Европе пандемии чумы погибло 100 миллионов человек. Вторая пандемия, названная "черной смертью", за три года (1347-1350 годы) унесла более 50 миллионов жизней, при этом Европа потеряла четверть своего населения. К счастью, в наши дни чума, и этим гордится и фармакология, и медицина, практически ликвидирована.

Также неоднократно бушевала и холера. Первая зарегистрированная пандемия этого "бича народов" продолжалась с 1817 по 1823 год. Началась она в Индии и затем распространилась по всему миру. На протяжении XIX века пандемии холеры возникали вновь и вновь, охватывая все страны. Отмечены, как минимум, четыре вспышки этой инфекции, длившиеся от 8 до 15 лет каждая. Последняя пандемия холеры длилась 24 года (1902-1926 годы)! Без сомнения, число жертв этих бедствий было огромным. Как считают, не войны и стихийные бедствия помешали населению нашей планеты за 150000 лет существования превзойти 10-миллиардный уровень населенности, а пандемии.

Кроме холеры и чумы, миллионы жизней уносили и другие инфекционные заболевания - дизентерия, брюшной тиф. От последнего только в Петербурге в XIX веке каждый год умирало около 1000 человек.

Однако не только такие угрожающие жизни инфекции заставляют страдать человечество. Вспомним хотя бы грибковые поражения ногтей.

Слово "инфекция" пришло к нам из латинского языка и в переводе означает "заражать". В настоящее время под инфекцией понимают заболевание, вызванное микроорганизмами, к которым относят бактерии, вирусы, грибы и простейшие.

Чуть выше мы уже упоминали, что не все микроорганизмы вызывают заболевания - существуют, и их много, вполне безвредные для человека и животных микробы, которые привыкли мирно сосуществовать, не вторгаясь в чужие сферы жизни. В этой главе мы будем говорить только о способных привести к инфекционной болезни (патогенных по отношению к человеку) микроорганизмах.

Инфекционные заболевания сопровождают человечество с самого его появления, но многие тысячелетия истинная природа инфекций не была известна. Только в конце XIX века французский ученый Луи Пастер открыл причину этих заболеваний - микроорганизмы, и сделал возможным поиск лекарств для борьбы с ними. По иронии судьбы, Л. Пастер только в 60 лет был избран членом Академии наук и не за это открытие, а за работы по кристаллографии, выполненные им еще в молодости.

История открытия возбудителей инфекционных заболеваний изобилует многими яркими страницами. Вот одна из них.

По окончании медицинского факультета Геттингенского университета Роберт Кох получил скромную должность уездного врача. Он быстро завоевал уважение пациентов, и его врачебная практика стала приносить ощутимый доход. В день 28-летия (было это в 1871 году) жена подарила ему микроскоп. Купленный как игрушка, этот микроскоп перевернул всю жизнь Коха. Он увлекся микробиологией и потерял интерес к врачеванию. Его воображение поразили опыты Л. Пастера, утверждавшего, что все болезни вызываются бактериями. Р. Кох занялся поиском возбудителя туберкулеза - тяжелой болезни и сейчас еще уносящей много жизней. Он рассматривал под микроскопом органы человека, умершего от скоротечной чахотки (туберкулеза легких), но увидеть бактерии ему не удавалось. И тогда - гениальное решение - он окрасил исследуемые ткани специальными красителями. Этот год - 1877 - стал историческим для медицины. В окрашенном в синий цвет срезе легочной ткани можно было увидеть множество тоненьких палочек. За эти "палочки", позже названные "палочками Коха", выдающийся ученый, как первооткрыватель возбудителя туберкулеза, был удостоен Нобелевской премии.

Кто же они, наши невидимые "враги", заставляющие иной раз трепетать все человечество и приносящие ему столько бед?

Бактерии - одноклеточные микроорганизмы, жизнь которых подчиняется законам, описанным нами в главе 1.1. Как и все клетки, они размножаются делением. Бактерии отличаются большим разнообразием форм; они бывают шаровидными (кокки), в форме палочки (бациллы), вытянутые и изогнутые (спирохеты, лептоспиры, вибрионы). Бактерии, для роста которых требуется кислород, называют аэробами, а те, которые растут в отсутствии кислорода, - анаэробами. Кроме того, все бактерии подразделяются на грамположительные и грамотрицательные. Что это значит? В 1884 году датский бактериолог, фармаколог и врач Грам предложил окрашивать бактерии красителем розанилином (фуксином). Некоторые бактерии имеют в клеточной мембране специальный белок - пептидогликан. Они окрашиваются по методу Грама, поэтому и названы "грамположительными". Бактерии, в клеточной мембране которых нет такого белка, окрашиванию по Граму не подвергаются и, вследствие этого, получили название "грамотрицательных".

Способность бактерий вызывать инфекционные заболевания называют болезнетворностью, или патогенностью. Патогенными для человека являются те бактерии, которые, попадая в организм, преодолевают барьеры иммунной системы и вырабатывают яды (токсины), отравляющие различные ткани и органы. Бактерии, которые живут внутри нас, относят к естественной микробной флоре человека (например, кишечная флора). Часть их необходима для нашего организма. Они участвуют в переваривании пищи, вырабатывают витамины, помогают бороться с патогенными микробами. Однако другие, их так и называют - условно-патогенными, могут вызвать заболевание лишь в определенных условиях, например, при снижении сопротивляемости организма человека.

Вирусы - внутриклеточные паразиты, являющиеся причиной многочисленных заболеваний человека и животных. Есть вирусы, поражающие даже бактерии, их называют фаги. Вирусы нельзя относить в полном смысле слова к живым существам, т.к. это организмы, не имеющие клеточного строения, но они проявляют некоторые свойства живого: способны размножаться (только в живых клетках), обладают наследственностью и изменчивостью. В клетку вирусы попадают тем же путем, что и питательные вещества. В ней они начинают быстро размножаться и вызывают гибель клетки. Одна вирусная частица дает потомство в тысячи особей, каждая из которых может вновь поразить здоровую клетку. Известно более тысячи разновидностей вирусов, около половины из них опасны для человека. Примерами являются вирусы натуральной оспы, герпеса, аденовирусы (вызывают острые респираторные заболевания, или ОРЗ), гриппа, бешенства, краснухи, полиомиелита и энцефалитов, иммунодефицита человека (ВИЧ), вызывающие СПИД (синдром приобретенного иммунодефицита).

Грибы - одноклеточные или многоклеточные микроорганизмы, большинство которых питается разлагающимися органическими веществами растительного или животного происхождения. Часть их патогенна, другие - условно-патогенны и часто входят в состав естественной микробной флоры человека. При ослаблении иммунитета или при нарушении равновесия между бактериями и грибами в полости рта и в кишечнике (например, при длительном применении антибиотиков или гормональных средств) они могут вызывать различные заболевания. Плесневые грибы вызывают микозы, дрожжевые и дрожжеподобные грибы - кандидозы, дерматофиты - поражают кожу.

Простейшие - микроорганизмы, составляющие подцарство одноклеточных животных. Они широко распространены в природе и, попадая в организм человека, могут паразитировать в нем. Простейшие являются возбудителями амебиаза, лейшманиоза, лямблиоза, малярии и других инфекционных заболеваний.

С открытия роли микроорганизмов в развитии инфекционных заболеваний началась долгая и трудная работа по поиску противомикробных средств. В результате этой многолетней работы медицина сейчас располагает большим арсеналом высокоэффективных лекарств, которые позволяют успешно бороться со многими, ранее неизлечимыми заболеваниями.

Впоследствии родился новый термин "химиотерапия", который предложил один из основоположников иммунологии немецкий ученый П. Эрлих. Химиотерапией стали называть подавление лекарственным средством жизнедеятельности возбудителей инфекции или опухолевых клеток без причинения вреда (в идеале) клеткам человека.

В основе терминов химиотерапия и родившегося от него химиотерапевтические средства лежит избирательность воздействия на чужеродную или ставшую таковой (например, под влиянием вируса) клетку внутри человеческого организма.

Очень важно правильно применять химиотерапевтические средства, так как микроорганизмы легко изменяются (мутируют) и становятся устойчивыми к действию антибиотика, который действовал на них раньше.

Препараты, не обладающие избирательностью действия - антисептики и дезинфицирующие средства, губительно влияют на большинство микроорганизмов и, увы, человеческие клетки, а значит, их, как правило, нельзя применять в виде инъекций.

Главу мы назвали "Противомикробные и противопаразитарные средства", так как рассматриваем в ней не только те лекарства, которые действуют на микроорганизмы, но и те, которые убивают паразитов, не относящихся к микроорганизмам - глистов (гельминтов), вшей, чесоточных клещей.

Недавно на портале maminuklubs.lv одна из мамочек задала вопрос, какова же разница между микробами, бациллами, бактериями и вирусами. Мамин Клуб связался с Центром по контролю и профилактике заболеваний Латвии, чтобы дать полный ответ на этот вопрос. Итак, что же нам ответили специалисты центра.

Что такое микробы, бактерии, бациллы и вирусы?

Все вышеперечисленное является микроорганизмами, которых называют так же микробами. Одни из главных микробов это вирусы.

Вирусы это мельчайшие микроорганизмы, которые могут размножаться только в живой клетке. Вирусы это паразиты со сравнительно простым строением: его внутренность это нуклеокапсид, который состоит из нуклеиновой кислоты. После попадания в клетку вирус теряет свою оболочку, а нуклеиновая кислота управляет процессами в клетке. Клетка начинает производить новые составляющие, необходимые для построения нового вируса, а потом сама умирает, в свою очередь вновь образовавшиеся вирусы внедряются в другие клетки, и процесс образования вируса начинается снова.

Хочется подчеркнуть и то, что антибиотики на вирусы не действуют.

В основном вирусы вызывают часто встречаемые заболевание, такие как грипп и инфекции дыхательных путей, кишечные инфекции (рота и норавирусы), гепатит А, так называемые детские болезни – ветрянку, корь, свинку и другие тяжелые инфекционные заболевания, такие как полиомиелит, энцефалит, гепатиты В и С, СПИД, геморрагические лихорадки и так далее.

Бактерии это одноклеточные организмы, которые очень просты – у них нет ядра, и они обычно содержат только одну хромосому. Бактерии находятся везде - в почве, воде, воздухе, на фруктах, в организме животных и людей.

В нашем организме триллионы бактерий, которые сосредоточены в основном в пищеварительном тракте. Они помогают переварить пищу, а также являются главным источником витамина К, необходимого для свертывания крови. В отличие от вирусов, бактерии могут жить и размножаться в организме человека или животного, а также во внешней среде при наличии благоприятных условий.

Только 300 из 4600 известных видов бактерии считаются патогенными, но все же бактерии вызывают множество различных заболеваний у растений, животных и людей. Среди патогенных бактерий, которые угрожают жизни человека туберкулез, дифтерия, столбняк, менингит, кишечные инфекции (сальмонеллез, дизентерия, кампилобактериоз), различные сексуально трансмиссивные заболевания, некоторые виды пневмонии, а также кариес. Очень опасными инфекциями являются чума, холера, брюшной тиф.

Протозои или одноклеточные, также как и бактерии, одноклеточны организмы, но в некоторых случая имеющие больше одного ядра. К ним относятся амебы и трипаносомы, а также паразиты, вызывающие малярию. Примерно третья часть одноклеточных являются паразитами, а всего их насчитывают около 10 тысяч, но лишь небольшая часть вызывает заболевания у человека.

Грибки также могут вызывать заболевания. У этих организмов есть ядро, и, свиваясь тонкими нитями, они образуют мицелий. На данный момент самые распространенные грибки, те которые относятся к деформации кожного покрова, к примеру, инфекция грибка на ногах и кандидоз. Более тяжелые грибковые инфекции угрожают людям с очень сильно ослабленной иммунной системой вследствие недостаточного питания, рака, употребления сильных медикаментов и вирусных инфекций.

Как и при каких условиях все эти микроорганизмы воздействую на наше здоровье?

Что касается инфекционных заболеваний – их может возбуждать один вид микроорганизмов (простая инфекция) или несколько (смешанная инфекция). Процесс инфицирования начинается с того момента, как возбудитель попал в человеческий организм. Процессы жизнедеятельности микроорганизмов и их размножение стимулируют защитные реакции организма: вырабатываются антитела, возникают аллергии, развивается иммунитет.

Случается, что микроорганизм-возбудитель заболевания может находиться в организме человека в неактивном состоянии, и сам человек может чувствовать себя здоровым, но при наличии неблагоприятных условий (переутомление, переохлаждение, неполноценное питание) могут открыться патогенные особенности микроорганизма, и человек может заболеть (аутоинфекция).

Мир микроорганизмов крайне богат и многообразен, и их роль в природе велика. Микроорганизмы широко распространены в природе и активно участвуют в обмене веществ. Они находятся повсюду, в том числе на предметах окружающей вас среды.

Тем не менее, у каждого микроорганизма есть свой метод выживания. Вирусы вне живого организма размножаться не могут, и многие из них во внешней среде могут выжить небольшой отрезок времени. Например, вирус гриппа может жить несколько часов, вирусы гепатита - несколько дней, вирус полиомиелита в воде может сохраняться более длительный период времени.

Жизнеспособность и способность бактерий к размножению во внешней среде зависит от особенностей конкретной бактерии. Бактерии не только выживают, они могут и размножаться в окружающей среде в зависимости от подходящей им температуры, влажности, количества кислорода и питательных веществ. Отдельные бактерии при неблагоприятных условиях могут образовывать споры (Сибирская язва, бактерия ботулизма, палочки столбняка), которые могут сохраняться долгие годы.

Микроорганизмы гибнут под воздействием высоких, реже низки температур, высыхая, от химических средств, содержащих хлор или спирт, УФ лучей. Поэтому очень часто активность того или иного заболевания зависит от времени года.

Помимо этого микроорганизмы могут вырабатывать сопротивляемость к употребляемым лекарствам (антибиотики, противовирусные препараты), что называется резистентность. Такое обычно случается, когда противомикробные препараты применяются необоснованно, бесконтрольно и без назначения врача. Это делает лечение отдельных болезней более затруднительными и создает необходимость в поиске новых медикаментов.

Большое значение в борьбе с микробами имеет профилактика - личная гигиена и гигиена окружающей среды, а также иммунизация.

Специалисты Центра по контролю и профилактике заболеваний Латвии

Бактериофаги – это вирусы, которые поражают только бактерий. В ходе инфекции они влияют на все процессы жизнедеятельности бактериальной клетки, фактически превращая ее в фабрику по производству вирусного потомства. В конце концов клетка разрушается, а вновь образованные вирусные частицы выходят наружу и могут заражать новые бактерии.

Несмотря на огромное число и разнообразие природных фагов, встречаемся мы с ними редко. Однако бывают ситуации, когда деятельность этих вирусов не остается незамеченной. Например, на предприятиях, где производят сыры, йогурты и другие молочно-кислые продукты, часто приходится сталкиваться с вирусной атакой на бактерии, сбраживающие молоко. В большинстве таких случаев фаговая инфекция распространяется молниеносно, и полезные бактерии гибнут, что приводит к значительным экономическим потерям (Neve et al., 1994).

Именно благодаря прикладным исследованиям в интересах молочной промышленности, направленным на получение устойчивых к бактериофагам штаммов молочно-кислых бактерий, был открыт ряд механизмов, с помощью которых бактерии избегают инфекции. Параллельно были изу­чены способы, с помощью которых вирусы, в свою очередь, преодолевают бактериальные системы защиты (Moineau et al., 1993).

Кто защищен – тот вооружен

На сегодня известно пять основных, весьма хитроумных механизмов защиты, которые бактерии выработали в непрестанной борьбе с вирусами: изменение рецептора на поверхности клетки; исключение суперинфекции; системы абортивной инфекции; системы рестрикции-модификации и, наконец, системы CRISPR-Cas.

К средствам противовирусной защиты бактерий относятся и системы рестрикции-модификации, в которые входят гены, кодирующие два белка-фермента – рестриктазу и метилазу. Рестриктаза узнает определенные последовательности ДНК длиной 4—6 нуклеотидов и вносит в них двуцепочечные разрывы. Метилаза, напротив, ковалентно модифицирует эти последовательности, добавляя к отдельным нуклеотидным основаниям метильные группы, что предотвращает их узнавание рестриктазой.

Врага нужно знать в лицо

Системы CRISPR-Cas являются уникальным примером адаптивного иммунитета бактерий. При проникновении в клетку ДНК фага специальные белки Cas встраивают фрагменты вирусной ДНК длиной 25—40 нуклеотидов в определенный участок генома бактерии (Barrangou et al., 2007). Такие фрагменты называются спейсерами (от англ. spacer – промежуток), участок, где происходит встраивание, – CRISPR-кассета (от англ. Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats), а сам процесс приобретения спейсеров – ​адаптацией.

Чтобы использовать спейсеры в борьбе с фаговой инфекцией, в клетке должен происходить еще один процесс, управляемый белками Cas, названный интерференцией. Суть его в том, что в ходе транскрипции CRISPR-кассеты образуется длинная молекула РНК, которая разрезается белками Cas на короткие фрагменты – защитные криспрРНК (крРНК), каждая из которых содержит один спейсер. Белки Cas вместе с молекулой крРНК образуют эффекторный комплекс, который сканирует всю ДНК клетки на наличие последовательностей, идентичных спейсеру (протоспейсеров). Найденные протоспейсеры расщепляются белками Cas (Westra et al., 2012; Jinek et al., 2012).

Системы CRISPR-Cas обнаружены у большинства прокариот – бактерий и архей. Хотя общий принцип действия всех известных систем CRISPR-Cas одинаков, механизмы их работы могут существенно отличаться в деталях. Наибольшие различия проявляются в строе­нии и функционировании эффекторного комплекса, в связи с чем системы CRISPR-Cas делят на несколько типов. На сегодняшний день описаны шесть типов таких неродственных друг другу систем (Makarova et al., 2015; Shmakov et al., 2015).

Наиболее изученной является система CRISPR-Cas I типа, которой обладает излюбленный объект молекулярно-биологических исследований – бактерия кишечная палочка (Esсherichia coli). Эффекторный комплекс в этой системе состоит из нескольких небольших белков Cas, каждый из которых отвечает за разные функции: разрезание длинной некодирующей CRISPR РНК, связывание коротких крРНК, поиск, а затем разрезание ДНК-мишени.

Гонка вооружений

Бактериофаги, как факторы среды, вызывают направленные изменения в геноме бактерий, которые наследуются и дают бактериям явное преимущество, спасая от повторных инфекций. Поэтому системы CRISPR-Cas можно считать примером ламарковской эволюции, при которой происходит наследование благоприобретенных признаков (Koonin et al., 2009)

Некоторые бактериофаги реагируют на наличие в бактериальной клетке систем CRISPR-Cas выработкой особых анти CRISPR-белков, способных связываться с белками Cas и блокировать их функции (Bondy-Denomy et al., 2015). Еще одно ухищрение — обмен участков генома вируса, на которые нацелена система CRISPR-Cas, на участки геномов родственных вирусов, отличающихся по составу нуклеотидной последовательности (Paez-Espino et al., 2015).

Благодаря постоянному совершенствованию биоинформатических алгоритмов поиска, а также включению в анализ все большего количества прокариотических геномов, открытие новых типов CRISPR-Cas систем является делом недалекого будущего. Предстоит также выяснить и детальные механизмы работы многих недавно открытых систем. Так, в статье, опубликованной в 2016 г. в журнале Science и посвященной анализу системы CRISPR-Cas VI типа, описан белок С2с2, образующий эффекторный комплекс с крРНК, который нацелен на деградацию не ДНК, а РНК (Abudayyeh et al., 2016). В будущем такое необычное свойство может быть использовано в медицине для регулирования активности генов путем изменения количества кодируемых ими РНК.

Изучение стратегий борьбы бактерий с бактериофагами, несмотря на свою кажущуюся фундаментальность и отвлеченность от задач практической медицины, принесло неоценимую пользу человечеству. Примерами этого могут служить методы молекулярного клонирования и редактирования геномов – направленного внесения или удаления мутаций и изменения уровня транскрипции определенных генов.

Благодаря быстрому развитию методов молекулярной биологии всего лишь через несколько лет после открытия механизма действия систем CRISPR-Cas была создана работающая технология геномного редактирования, способная бороться с болезнями, ранее считавшимися неизлечимыми. Доступность и простота этой технологии позволяют рассматривать ее как основу для медицины, ветеринарии, сельского хозяйства и биотехнологий будущего, которые будут базироваться на направленных и безопасных генных модификациях.

Нет никаких сомнений, что дальнейшее изучение взаимодействия бактерий и их вирусов может открыть перед нами такие возможности, о которых мы сейчас даже не подозреваем.

Abudayyeh O. O., Gootenberg J. S., Konermann S. et al. C 2c2 is a single-component programmable RNA-guided RNA-targeting CRISPR effector // Science. 2016. V. 353: aaf5573.

Barrangou R., Fremaux C., Deveau H. et al. CRISPR provides acquired resistance against viruses in prokaryotes // Science. 2007. V. 315. P. 1709–1712.

Bikard D., Marraffini L. A. Innate and adaptive immunity in bacteria: mechanisms of programmed genetic variation to fight bacteriophages // Curr. Opin. Immunol. 2012. V. 1 P. 15–20.

Bondy-Denomy J., Garcia B., Strum S. et al. Multiple mechanisms for CRISPR-Cas inhibition by anti-CRISPR proteins // Nature. 2015. V. 526. P. 136–139.

Calendar R., Abedon S. T. The Bacteriophages // 2nd Ed., Oxford University Press. 2006.

Datsenko K. A., Pougach K., Tikhonov A. et al. Molecular memory of prior infections activates the CRISPR/Cas adaptive bacterial immunity system // Nat. Commun. 2012. V. 3. P. 945

Jiang W., Marraffini L. A. CRISPR-Cas: New Tools for Genetic Manipulations from Bacterial Immunity Systems // Annu. Rev. Microbiol. 2015. V. 69. P. 209–28.

Jinek M., Chylinski K., Fonfara I., et al. A programmable dual-RNA-guided DNA endonuclease in adaptive bacterial immunity // Science. 2012. V. 337. P. 816–821.

Koonin E. V., Wolf Y. I. Is evolution Darwinian or/and Lamarckian? // Biol. Direct. 2009. V. 4. P. 42.

Lopez-Pascua L., Buckling A. Increasing productivity accelerates host-parasite coevolution // J. Evol. Biol. 2008. V. 3. P. 853–860.

Makarova K. S., Wolf Y. I., et al. An updated evolutionary classification of CRISPR-Cas systems // Nat. Rev. Microbiol. 2015. V. 11. P. 722–736.

Moineau, S., Pandian S., Klaenhammer T. R. Restriction/modification systems and restriction endonucleases are more effective on lactococcal bacteriophages that have emerged recently in the dairy industry // Appl. Envir. Microbiol. 1993. V. 59. P. 197–202.

Neve H., Kemper U., et al. Monitoring and characterization of lactococcal bacteriophage in a dairy plant // Kiel. Milckwirtsch. Forschungsber. 1994. V. 46. P. 167–178.

Nuñez J. K., Harrington L. B., et al. Foreign DNA capture during CRISPR-Cas adaptive immunity // Nature. 2015a. V. 527. P. 535–538.

Nuñez J. K., Kranzusch P. J., et al. Cas1-Cas2 complex formation mediates spacer acquisition during CRISPR-Cas adaptive immunity // Nat. Struct. Mol. Biol. 2014. V. 21. P. 528–534.

Nuñez J. K., Lee A. S., Engelman A., Doudna J. A. Integrase-mediated spacer acquisition during CRISPR-Cas adaptive immunity // Nature. 2015b. V. 519. P. 193–198.

Paez-Espino D., Sharon I., et al. CRISPR Immunity Drives Rapid Phage Genome Evolution in Streptococcus thermophilus // MBio. 2015. V. 6: e00262–15.

Shmakov S., Abudayyeh O. O., Makarova K. S., et al. Discovery and Functional Characterization of Diverse Class 2 CRISPR-Cas Systems. // Mol. Cell. 2015. V. 60. P. 385–397

Tan D., Svenningsen S. L., Middelboe M. Quorum sensing determines the choice of antiphage defense strategy in Vibrio anguillarum. // mBio 2015. V. 6: e00627–15.

Westra E. R., van Erp P. B., Künne T., et al. CRISPR immunity relies on the consecutive binding and degradation of negatively supercoiled invader DNA by Cascade and Cas3 // Mol. Cell. 2012. V. 46. P. 595–605.

Работа поддержана грантом РФФИ (№ 16-34-01176)

МИКРОБЫ (БАКТЕРИИ) И ВИРУСЫ. Микробы - мельчайшие существа, видимые только с помощью спец. оптического прибора - микроскопа. Микробы широко распространены в природе, их можно обнаружить в воздухе, в воде, в почве, в организме ж-ных и человека. Мир микроорганизмов стал известен в 17 в. показался чрезвычайно разнообразным. Микробы могут быть разделены на неск. обособленных категорий: бактерии, грибки, простейшие, спирохеты, риккетсии, вирусы. В эти категории входит большое количество различных видов микроорганизмов, к-рые отличаются друг от друга по биологическим свойствам.

По внешней форме микробы могут быть круглыми (микрококки), палочковидными (бациллы, собственно бактерии), в виде отрезка изогнутой спирали (вибрионы), в виде извитой нити (спириллы, спирохеты) (см. Бактерии).

Большинство различных микроорганизмов (бактерии, грибки и др.) легко культивируется на искусственных питательных средах.

Размножение бактерийной клетки происходит делением, при этом в чрезвычайно короткие сроки (20 - 30 мин.). Жизнь микробов, как и др. существ, подчиняется общебиологическим законам изменчивости и наследственности.

Изменение природы микроорганизмов в полезную для народного х-ва сторону должно носить направленный характер. Принцип направленного изменения микробов и вирусов является основным в работе советских микробиологов.

В наст. время в медицинской и вет. практике, почвенной и технической микробиологии с успехом используются изменённые экспериментальным путём микробы и вирусы. В ветеринарии широко известны вакцины Ценковского против сибирской язвы, вакцины против рожи свиней Конева, вирус против бешенства, вакцины против оспы свиней, оспы кур, голубей, чумы птиц и др. Советскими микробиологами сделан большой вклад в изучение изменчивости болезнетворных микроорганизмов человека и предложен ряд безопасных вакцин против таких инфекций, как чума, туляремия и др.

Изменением условий внешней среды при культивировании микроорганизмов и вирусов или проведением их через мало восприимчивые организмы можно добиться того, что они потеряют свои исходные болезнетворные свойства, но сохранят способность создавать невосприимчивость организмов к инфекции.

Мичуринская биология указывает, каким образом происходят наследственные изменения организмов в природных условиях и по воле человека.

Среди зарубежных исследователей были такие, к-рые признавали безграничную изменчивость видов микроорганизмов вплоть до отрицания понятия "вид бактерий" (плеоморфисты - Негелли и др.).

Акад. Лысенко так характеризует видообразование: "Живая природа - это биологическая цепь, как бы разорванная на отдельные звенья - виды. Поэтому неправильно говорить, что виды ни на какой период не сохраняют постоянства своей качественно-видовой определённости. Говорить так - это значит признавать развитие живой природы как плоскую эволюцию без скачков" (Агробиология, 1952, стр. 571). "Надо понять, что образование вида есть переход от количественных изменений к качественным в историческом процессе. Такой скачок подготавливается собственной жизнедеятельностью органических форм, в результате количественного накопления восприятий воздействия определённых условий жизни, а это вполне доступно для изучения и управления.

Такое понимание видообразования, соответствующее природным закономерностям, даёт в руки биологов могучее средство управления самим жизненным процессом, а тем самым и видообразованием" (там же).

В зарубежных капиталистических странах и до наст. времени пропагандируются антинаучные идеи Вейсмана, Менделя, Моргана и дефриза, к-рыми исследователи пытаются объяснять явления наследственности и изменчивости (теория циклогении - развитие в замкнутом кругу; теория мутаций - "беспричинно", внезапно возникающих изменений и др.).

В микробиологии начало научного изучения вопроса изменчивости бактерий было положено Ценковским, Мечниковым и Гамалея. Мечников утверждал, что ". именно в области микробиологии была доказана возможность изменения характера бактерий путём изменения внешних условий, причём можно добиться стойких изменений, передаваемых по наследству".

Отечественные микробиологи (И. И. Мечников, С. Н. Виноградский, Н. Ф. Гамалея, В. Л. Омелянский, Д. И. Ивановский, В. И. Кедровский, Л. А. Тарасевич и др.) признавали возможность изменения природы бактерий под влиянием условий внешней среды с получением у микробов стойких изменений, передающихся затем по наследству. По этому поводу Т. Д. Лысенко отмечает: "Микроорганизмы, имеющие непродолжительный период жизни, наиболее легко наследственно приспособляются к изменяющимся условиям внешней среды".

Большой вклад в вопросы изменчивости микробов внесли советские исследователи (Красильников, Имшенецкий, Сукнев, Покровская, Калина, Жуков-Вережников и др.).

Учение о микроорганизмах в наст. время настолько расширилось, что потребовалось разделение микробиологии на отдельные дисциплины: медицинскую, ветеринарную, сельскохозяйственную и техническую микробиологию различных производств.

Значение микробиологии в различных отраслях народного х-ва огромно. Микробиология имеет большое значение в с. х-ве, в технологических процессах различных производств (хлебопечение, сыроварение, консервная пром-сть, производство уксусной и молочной кислоты, виноделие и др.). Велика роль микробиологии в медицине и ветеринарии.

Открытие болезнетворных (патогенных) возбудителей инфекционных болезней человека, ж-ных и р-ний поставило перед исследователями задачу изыскания мер борьбы с болезнями и их профилактики (предупреждения).

Современная микробиология имеет большое количество высокоэффективных средств для предупреждения различных заразных болезней человека ж-ных и их лечения. Эти средства (вакцины, бактериофаги, сыворотки, антибиотики) с успехом применяются в медицине и ветеринарии.

После открытия бактерий оставался еще неизвестным мир фильтрующихся вирусов. Существование в природе вирусов установил наш соотечественник Д. И. Ивановский (1892). Этим открытием и было положено начало новой области биологической науки - вирусологии. Вирусы имеют исключительно малую величину и невидимы в обычный микроскоп.

За последние годы, с изобретением электронного микроскопа, вирусные элементарные тельца (скопление вирусных частиц) стали доступными для изучения. Оказалось, что элементарные тельца различных вирусов неодинаковы по величине и форме. Среди них имеются элементарные тельца круглой формы (грипп), в виде коротких палочек (оспа), круглой формы с длинной как бы хвостовой нитью (псевдочума кур и бактериофаги).

Размер вирусов может варьировать от 8 - 10 (ящур) до 200-250 тц (оспа).

Вследствие малой величины вирусы способны проходить через поры специальных фильтров, задерживающих бактерии. Поэтому вирусы были названы фильтрующимися.

В природе вирусы обычно встречаются в связанном состоянии с различными клетками организма или органическими веществами. Вирусы являются внутриклеточными паразитами человека, ж-ных и растений.

Вирусы отличаются от бактерий тем, что они неспособны культивироваться на обычных питательных средах, применяющихся при культивировании микробов.

Ряд вирусов-возбудителей различных заболеваний ж-ных удаётся выращивать в культурах живых тканей. За последнее время с большим успехом для культивирования вирусов используют развивающийся куриный эмбрион. На такой среде удалось культивирование след. вирусов: оспы кур, коров, овец, голубей, псевдочумы кур, гриппа, ляринготрахеита кур, болезни Ауески, чумы рогатого скота, чумы собак и др.

Спец. методами очистки удаётся освобождать вирусы от балластных, сопутствующих веществ и затем получать их в концентрированном виде. Нек-рые вирусные элементарные тельца, имеющие значительную величину, в результате применения особых методов окрашивания становятся видимыми при сильном увеличении обычного микроскопа. Наиболее удобно и распространено окрашивание путём серебрения (по методу проф. М. А. Морозова).

Современные представления о природе вирусов значительно расширились. Оказалось, что мир возбудителей вирусных болезней весьма многообразен. Вирусами поражаются как растительные организмы, так и ж-ные и человек. У растений мы находим возбудителей таких вирусных болезней, как мозаичная болезнь табака, открытая Д. И. Ивановским, желтуха персиков, астр, деформирующая мозаика гороха, скручивание листьев картофеля, курчавость листьев хлопчатника и др. У млекопитающих ж-ных - чума рогатого скота, чума свиней, чума собак, чума лисиц, оспа овец, коров, свиней, бешенство, болезнь Ауески, энцефаломиелит лошадей, ящур; это только перечень наиболее известных заболеваний; у птиц - чума, псевдочума, оспа, пситтакоз, ляринготрахеит кур; у рыб - оспа карпов, эпителиома, лимфоцитозная болезнь. В результате переболевания у ж-ных при многих вирусных болезнях создаётся в организме стойкая продолжительная невосприимчивость (иммунитет).

Вирусы, так же как и микробы, подвержены явлениям изменчивости.

Исходя из учения Мичурина, изменяя среду для развития возбудителей вирусных инфекций, можно также направленно изменять их природу (наследственность) и использовать полученные так. обр. новые штаммы вирусов - вакцин для иммунизации ж-ных против различных вирусных инфекций.

См. Бактерии, Грибки болезнетворные, Микробиология.

Литература: Аристовский В. [и др.], Учебник медицинской микробиологии, 2 изд., [Л.], 1949; Гамалея Н., Фильтрующиеся вирусы, М.-Л., 1930; Калина Г., Изменчивость патогенных микроорганизмов. Киев, 1949; Крестовникова В., К учению о стадиях развития микроорганизмов, М.. 1950; Лысенко Т., Агробиология. Работы по вопросам генетики, селекции и семеноводства, [6 изд.], М., 1952; Омелянский В., Основы микробиологии, 9 изд., М., 1941; Федоров М., Микробиология, 4 изд., М., 1949.

1. Сельскохозяйственная энциклопедия. Т. 3 (Л - П)/ Ред. коллегия: П. П. Лобанов (глав ред) [и др.]. Издание третье, переработанное - М., Государственное издательство сельскохозяйственной литературы, 1953, с. 613