19. Химические и физико-химические методы стерилизации

Химическую стерилизациюиспользуют при обработке крупногабаритных изделий, приборов, а также аппаратов и термолабильных  изделий.

• Для газовой («холодной») стерилизацииобычно используют герметичные контейнеры, которые заполняют парами летучих веществ: формальдегида, смесью паров формальдегида  и  этилового спирта, окисью этилена, смесью окиси этилена и бромистого метила.

• Для химической стерилизации растворамиприменяют отечественные (первомур - смесь пергидроля и муравьиной кислоты, перекись водорода, бианол, анолит и др.),  импортные препараты (гигасепт, глутаровый альдегид, дюльбак и др.).

Физико – химические методыстерилизации предусматривают совместное использование физических и химических методов стерилизации.

20. Питательные среды, их классификация. Требования, предъявляемые к ним.

Питательной средой называют среды, содер­жащие различные соединения сложного или простого состава, которые применяются для размножения бактерий или других микроорганизмов в лабораторных или промышленных условиях.

По консистенции питательные среды могут быть жид­кими, полужидкими, плотными. Плотные среды готовят путем до­бавления к жидкой среде 1,5—2% агара, полужидкие — 0,3— 0,7 % агара. Агар представляет собой продукт переработки осо­бого вида морских водорослей, он плавится при температуре 80—86°С, затвердевает при температуре около 40°С и в застыв­шем состоянии придает среде плотность. В некоторых случаях для получения плотных питательных сред используют желатин (10—15%). Ряд естественных питательных сред (свернутая сы­воротка крови, свернутый яичный белок) сами по себе являются плотными.

По целевому назначению среды подразделяют на основные, элективные и дифференци­ально-диагностические.

К основным относятся среды, применяемые для выращивания многих бактерий. Это триптические гидролизаты мясных, рыбных продуктов, крови животных или казеина, из которых готовят жидкую среду — питательный бульон и плотную — пита­тельный агар. Такие среды служат основой для приготов­ления сложных питательных сред — сахарных, кровяных и др., удовлетворяющих пищевые потребности патогенных бак­терий.

Элективные питательные среды предназначены для избира­тельного выделения и накопления микроорганизмов определен­ного вида (или определенной группы) из материалов, содержа­щих разнообразную постороннюю микрофлору. При создании элективных питательных сред исходят из биологических особен­ностей, которые отличают данные микроорганизмы от большин­ства других. Например, избирательный рост стафилококков на­блюдается при повышенной концентрации хлорида натрия, хо­лерного вибриона — в щелочной среде и т. д.

Дифференциально-диагностические питательные среды при­меняются для разграничения отдельных видов (или групп) мик­роорганизмов. Принцип построения этих сред основан на том, что разные виды бактерий различаются между собой по биохи­мической активности вследствие неодинакового набора фермен­тов.

Особую группу составляют синтетические и полусинтетиче­ские питательные среды. В состав синтетических сред входят химически чистые вещества: аминокислоты, минеральные соли, углеводы, витамины. В полусинтетические среды дополнительно включают пептон, дрожжевой экстракт и другие питательные вещества. Эти среды чаще всего применяют в научно-исследовательской работе и в микробиологической промышленности при получении антибиотиков, вакцин и других препаратов.

Требования, предъявляемые к питательным средам.

Любая питательная среда должна отвечать следующим тре­бованиям: содержать все необходимые для размножения микроорганизмов вещества в легкоусвояемой форме; иметь оптимальные влажность, вязкость, рН, быть изотоничной и по воз­можности прозрачной.

№21. Рост и размножение бактерий. Фазы роста бактериальной культуры.

Жизнедеятельность бактерий характеризуется ростом — фор­мированием структурно-функциональных компонентов клетки и увеличением самой бактериальной клетки, а также размноже­нием — самовоспроизведением, приводящим к увеличению ко­личества бактериальных клеток в популяции. Бактерии размножаются путем бинарного деления пополам, реже путем почкования.

Прокариоты обычно размножаются бесполым путем — бинарным делением. В начале деления клетка удлиняется, затем делится нуклеоид. Воспроизведение нуклеоида, содержащего всю генетическую информацию, необходимую для жизнедеятельности микроорганизма,— наиболее важный из всех процессов, которые происходят при росте клетки.

Нуклеоид представлен суперспирализованной и весьма плотно уложенной молекулой ДНК, которая является самореплицирующейся структурой и известна под названием репликона. К репликонам относятся также плазмиды — генетические структуры, способные к самостоятельной репликации. Репликация ДНК осуществляется ферментами ДНК-полимеразами. Этот процесс начинается в определенной точке ДНК и происходит одновременно в двух противоположных направлениях. Закапчивается репликация также в определенном месте ДНК - В результате репликации число молекул ДНК в клетке удваивается. Вновь синтезированные молекулы ДНК постепенно расходятся в образующиеся дочерние клетки. Все это позволяет дочерней клетке иметь совершенно тождественную материнской клетке по последовательности нуклеотидов молекулу ДНК - Считают, что репликация ДИК, занимает почти 80% времени, в течение которого осуществляется деление бактериальной клетки.

После завершения репликации ДНК начинается сложный комплекс процессов, которые ведут к образованию межклеточной перегородки. Вначале с обеих сторон клетки происходит врастание двух слоев цитоплазматической мембраны, а затем между ними синтезируется пептидогликан и образуется перегородка, состоящая из двух слоев цитоплазматической мембраны и пептидогликана.

Во время репликации ДНК и образования делящей перегородки клетка микроорганизма непрерывно растет. В этот период происходят синтез пептидогликана клеточной стенки, цитоплазматической мембраны, образование новых рибосом и других органелл и соединений, которые входят в состав цитоплазмы. На последней стадии деления дочерние клетки отделяются друг от друга. Процесс деления у некоторых бактерий идет не до конца, в результате образуются цепочки клеток.

При делении палочковидных бактерий клетки вначале растут в длину (диаметр клетки не меняется). Когда длина бактерии удваивается, палочка несколько сужается в середине и затем распадается на две клетки. Чаще всего клетка делится на две равные части (изоморфное деление), однако встречается и неравномерное (гетероморфное) деление, когда дочерняя клетка больше материнской.

Спирохеты, риккетсии, некоторые дрожжи и грибы, простейшие и другие организмы размножаются поперечным делением клеток.

Миксобактерии делятся перетяжкой. Сначала клетка в месте деления слегка суживается, далее клеточная стенка, постепенно впячиваясь с обеих сторон внутрь клетки, все больше и больше сужает ее и, наконец, делит на две. Дочерняя клетка, одетая уже собственной цитоплазматической мембраной, еще временно сохраняет общую клеточную стенку.

У бактерий иногда наблюдается «половой» процесс, или конъюгация

У других бактерий кроме размножениянаблюдаетсяполовой процесс, но в самой примитивной форме. Половой процесс бактерий отличается от полового процессаэукариоттем, что у бактерий не образуютсягаметыи не происходит слияния клеток. Однако главнейшее событие полового процесса, а именно обмен генетическим материалом, происходит и в этом случае. Этот называется генетической рекомбинацией. ЧастьДНК(очень редко вся ДНК) клетки-донора переносится в клетку-реципиент, ДНК которой генетически отличается от ДНК донора. При этом перенесённая ДНК замещает часть ДНК реципиента. В процессе замещения ДНК участвуютферменты, расщепляющие и вновь соединяющие цепи ДНК. При этом образуется ДНК, которая содержит гены обеих родительских клеток. Такую ДНК называют рекомбинантной. У потомства или рекомбинантов, наблюдается заметное разнообразие признаков, вызванное смещением генов. Такое разнообразие признаков очень важно для эволюции и является главным преимуществом полового процесса.

Актиномицеты, как и грибы, могут раз­множаться спорами. Актиномицеты, являясь ветвящимися бактериями, размножаются путем фрагментации нитевидных клеток. Грамположительные бактерии делятся путем врастания синтези­рующихся перегородок деления внутрь клетки, а грамотрицательные — путем перетяжки, в результате образования гантелевидных фигур, из которых образуются две одинаковые клетки. Делению клеток предшествует репликация бактериальной хро­мосомы по полуконсервативному типу (двуспиральная цепь ДНК раскрывается и каждая нить достраивается комплементарной ни­тью), приводящая к удвоению молекул ДНК бактериального ядра — нуклеоида. Репликация ДНК происходит в три этапа: инициация, элон­гация, или рост цепи, и терминация. Размножение бактерий в жидкой питательной среде. Бактерии, засеянные в определенный, не изменяющийся объем питатель­ной среды, размножаясь, потребляют питательные элементы, что приводит в дальнейшем к истощению питательной среды и пре­кращению роста бактерий. Культивирование бактерий в такой си­стеме называют периодическим культивированием, а культуру — периодической. Если же условия культивирования поддерживаются путем непрерывной подачи свежей питательной среды и оттока такого же объема культуральной жидкости, то такое культивиро­вание называется непрерывным, а культура — непрерывной. При выращивании бактерий на жидкой питательной среде наблюдается придонный, диффузный или поверхностный (в виде пленки) рост культуры. .

1) Рост бактерий с равномерным помутнением среды.

2. Придонный рост бактерий, характеризующийся образованием осадка на дне пробирки с жидкой питательной средой.

3. Пристеночный рост бактерий, выражающийся в образовании рыхлых хлопьев, прикрепленных к внутренней поверхности стенок сосу­да.

4. Поверхностный рост бактерий, характеризующийся появлением на поверх­ности жидкой питательной среды пленки. Рост на полужидкой питательной среде характеризуется по­мутнением всей толщи среды или образованием сосульки цилиндрической или конической формы.

Рост периодической культуры бактерий, выращиваемых на жидкой питательной среде, подразделяют на несколько фаз, или периодов: 1. лаг-фаза; 2. фаза логарифмического роста; 3. фаза стационарного роста, или максимальной концентрации бактерий; 4. фаза гибели бактерий. Эти фазы можно изобразить графически в виде отрезков кри­вой размножения бактерий, отражающей зависимость логариф­ма числа живых клеток от времени их культивирования. Лаг-фаза — период между по­севом бактерий и началом размножения. Продолжительность лаг-фазы в среднем 4—5 ч. Бактерии при этом увеличиваются в раз­мерах и готовятся к делению; нарастает количество нуклеино­вых кислот, белка и других компонентов. Фаза логарифмического (экспоненциального) роста является периодом ин­тенсивного деления бактерий. Продолжительность ее около 5— 6 ч. При оптимальных условиях роста бактерии могут делиться каждые 20—40 мин. Во время этой фазы бактерии наиболее ра­нимы, что объясняется высокой чувствительностью компонен­тов метаболизма интенсивно растущей клетки к ингибиторам синтеза белка, нуклеиновых кислот и др. Затем наступает фаза стационарного роста, при которой количество жиз­неспособных клеток остается без изменений, составляя макси­мальный уровень (М-концентрация). Ее продолжительность вы­ражается в часах и колеблется в зависимости от вида бактерий, их особенностей и культивирования. Завершает процесс роста бактерий фаза гибели, характеризующаяся отмиранием бак­терий в условиях истощения источников питательной среды и накопления в ней продуктов метаболизма бактерий. Продолжи­тельность ее колеблется от 10 ч до нескольких недель. Интен­сивность роста и размножения бактерий зависит от многих фак­торов, в том числе оптимального состава питательной среды, окислительно-восстановительного потенциала, рН, температуры и др.

Размножение бактерий на плотной питательной среде.

Рост микробов на плотной питательной среде. Для изучения свойств коло­ний микробы культивируют на плотных питательных средах в чашках Петри. При этом посев материала проводят таким образом, чтобы получить изолированные колонии. Для характеристики колоний используют следующие признаки:

1. Размер колонии. Колонии обычно измеряют в миллиметрах или пользуют­ся для этого описательными терминами, такими, например, как точечные (диаметр менее 1 мм), мелкие (диаметр 1-2 мм), средние (диаметр 2-4 мм) и крупные (диаметр 4-6 мм и более).

2. Форма колонии. Бывает правильной (круглая), неправильной (амебовидная), ризоидной (корневидная, напоминающая переплетающиеся корни деревьев).

3. Контуры края. Определяют при рассмотрении колонии под лупой или микроскопом с малым увеличением. Различают ровные края в виде четко выра­женной линии и неровные края (фестончатый, волнистый, эрозированный или зазубренный, бахромчатый).

4. Рельеф колонии характеризуется приподнятостью ее над поверхностью пи­тательной среды и формой на вертикальном разрезе. Определяется рельеф колонии невооруженным глазом или при помощи лупы при рассматривании сверху и сбоку. Различают каплеобразные и куполообразные колонии правильной круглой формы, плоско-выпуклые колонии, конусообразные колонии, колонии с приподнятой серединой, колонии с вдавленным центром, плоские колонии.

5. Поверхность колонии. Изучают при помощи лупы или под микроскопом при малом увеличении. Поверхность колонии бывает матовая или блестя­щая с глянцем, сухая или влажная, гладкая или шероховатая. Гладкие ко­лонии обозначают буквой S (smooth - гладкий), шероховатые - буквой R (rough - шероховатый).

6. Цвет колонии. Определяется пигментом, который продуцирует культура микробов. Преобладающее большинство патогенных бактерий пигмента не образует, вследствие чего колонии их бесцветны или молочно-мутного цвета. Пигментообразующие виды микробов дают колонии различных цветов: кремовые, желтые, золотисто-оранжевые, си­ние, красные, сиреневые, черные и др.

7. Структура колоний. Определяется в проходящем свете при слабом увеличе­нии микроскопа, суженной диафрагме или при несколько опущенном кон­денсоре. По структуре различают гиалиновые колонии, зернистые колонии, нитевидные или волокнистые колонии.

8. Консистенция колоний. Исследуют посредством прикосновения или взятия из нее части материала бактериоло­гической петлей. По характеру консистенции колонии бывают пастообразные, вязкие или слизистые, волокнистые или кожистые, хрупкие сухие.

Бактерии, растущие на плотных питательных средах, образуют изолирован­ные колонии округлой формы с ровными или неровными кра­ями (S- и R-формы), различной консистенции и цве­та, зависящего от пигмента бактерий. Пигменты, растворимые в воде, диффундируют в питатель­ную среду и окрашивают её. Дру­гая группа пигментов нерастворима в воде, но растворима в орга­нических растворителях. И, нако­нец, существуют пигменты, не растворимые ни в воде, ни в органических соединениях.  Наиболее распространены среди микроорганизмов такие пиг­менты, как каротины, ксантофиллы и меланины. Меланины яв­ляются нерастворимыми пигментами черного, коричневого или красного цвета, синтезирующимися из фенольных соединений. Меланины наряду с каталазой, супероксиддисмутазой и пероксидазами защищают микроорганизмы от воздействия токсичных перекисных радикалов кислорода. Многие пигменты обладают ан­тимикробным, антибиотикоподобным действием.

№22. Особенности культивирования риккетсий, хламидий и вирусов.

Риккетсии и хламидии — облигатные внутриклеточные бактерии, которые не растут на искусственных питательных средах. Вирусы также являются облигатными внутриклеточными микроорганизмами, но они принципиально отличаются от всех внеклеточных и внутриклеточных бактерий; отсутствием клеточной организации, ферментов строительного и энергетического метаболизма, наличием одного типа нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК), неспособностью к бинарному делению. Для культивирования риккетсии, хламидий и вирусов используют клеточные культуры, куриные эмбрионы и чувствительных лабораторных животных.

Клеточные культуры. Культуры клеток готовят из тканей животных или человека. Культуры подразделяют на первичные (неперевиваемые), полуперевиваемые и перевиваемые. Переви-виваемые культуры в отличие от первичных адаптированы к условиям, обеспечивающим им постоянное существование in vitro, и сохраняются на протяжении нескольких десятков пассажей.

Приготовление первичной культуры клеток складывается из нескольких последовательных этапов: измельчения ткани, разъединения клеток путем трипсинизации, отмывания полученной однородной суспензии изолированных клеток от трипсина с последующим суспендированием клеток в питательной среде, обеспечивающей их рост, например в среде 199 с дабавлением телячьей сыворотки крови.

Клетки эпителиальной и соединительной тканей растут в суспензии; при оседании они довольно прочно прикрепляются

к стенке пробирки или флакона, по которой распространяются в виде "пласте, состоящего из одного слоя клеток (монослоя).

Перевиваемые однослойные клеточные культуры приготовляют из злокачественных и нормальных линий клеток, обладающих способностью длительно размножаться in vitro в определенных условиях. К ним относятся злокачественные клетки, а также нормальные клетки амниона человека, почек обезьяны и др.

К полуперевиваемым культурам относятся диплоидные клетки человека. Они представляют собой клеточную систему, сохраняющую в процессе 50 пассажей (до года) диплоидный набор хромосом, типичный для соматических клеток используемой ткани. Диплоидные клетки человека не претерпевают злокачественного перерождения и этим выгодно отличаются от опухолевых.

Все работы с культурами клеток требуют строжайшего соблюдения правил асептики во избежание заноса в них различных микроорганизмов из окружающей среды.

''После получения монослоя жизнеспособной культуры клеток, которая начинает расти и развиваться, ее заражают материалом, содержащим риккетсии, хламидии или вирусы. Упомянутые микроорганизмы проникают внутрь клеток, где и размножаются:

В клетках, пораженных риккетсиями, на 3—8-й день отмечается большое количество коккобациллярных форм, заполняющих целиком цитоплазму или ядро клеток, которые затем гибнут.

'Хламидии также рассматривают в окрашенных по Романовскому—Гимзе препаратах клеток^в которых наблюдают различные формы размножающихся микроорганизмов.

размножение (репродукции) вирусов в культуре клеток судят по цитопатическому действию (ЦПД), которое может быть обнаружено микроскопически и характеризуется морфологическими изменениями клеток. При этом часть из них погибает и отслаивается от стенки пробирки^Вирусные частицы, освобождающиеся при разрушении одних клеток, инфицируют другие клетки, которые через некоторое время также погибают. В результате вместо сплошного клеточного монослоя остаются лишь отдельные клеточные островки.

'Характер ЦПД, вызванный разными вирусами, неодинаков. При репродукции одних (парамиксовирусы, герпесвирусы) наблюдается слияние клеток с образованием синцития, других к (энтеровирусы, реовирусы) — сморщивание и деструкция клеток, третьих (аденовирусы) — агрегация клеток и т.д. ЦПД вирусов оценивают в динамике, просматривая клеточную

культуру под микроскопом в разные сроки после ее заражения вируссодержащим материалом) Некоторые вирусы (энтерови-русы, герпесвирусы) вызывают ЦПД в течение 1—2 сут, другие — в более поздние сроки (на 4—6-й день). Характер ЦПД вирусов используют как для их обнаружения (индикации), так и для ориентировочной идентификации, т. е. определения их видовой принадлежности.

один из методов индикации вирусов основан на способности поверхности клеток, в которых они репродуцируются, адсорбировать эритроциты — реакция гемадсорбции. Для ее постановки в культуру клеток, зараженных вирусами, добавляют взвесь эритроцитов и после некоторого времени контакта клетки промывают изотоническим раствором хлорида натрия. На поверхности пораженных вирусами клеток остаются прилипшие эритроциты.

Другой метод — реакция гемагглютинации. Применяется для обнаружения вирусов в культуральной жидкости клеточной культуры либо хорион-аллантоисной или амниоти-ческой жидкости куриного эмбриона. Гемагтлютинацию— скучивание эритроцитов кур, гусей, морских свинок —вызывают вирусы, содержащие в оболочке гемагглютинин."

Куриные эмбрионы. Куриные эмбрионы по сравнению с клеточными культурами и подопытными животными значительно реже бывают контаминированы вирусами и микоплазмами, а также обладают сравнительно высокой жизнеспособностью и устойчивостью к различным воздействиям. Для получения чистых культур риккетсии, хламидий и ряда вирусов в диагностических целях, а также для приготовления разнообразных препаратов (вакцины, диагностикумы) используют куриные эмбрионы в возрасте от 8 до 12 дней. О размножении упомянутых микроорганизмов судят по морфологическим изменениям, которые обнаруживают после вскрытия эмбриона на его оболочках. О репродукции некоторых вирусов, например гриппа, оспы, можно судить по реакции гемагглютинации (РГА) с куриными или другими эритроцитами

К недостаткам данного метода относятся невозможность обнаружения исследуемого микроба без предварительного вскрытия эмбриона, а также наличие в нем большого количества белков и других соединений, затрудняющих последующую очистку риккетсии или вирусов при изготовлении различных препаратов.

Лабораторные животные. Экспериментальные животные используются для выделения риккетсий и вирусов из исследуемого материала, а также для получения больших количеств этих микроорганизмов. Например, риккетсий можно культивировать в легких мышей и кроликов, производя заражение животных через нос. При этом способе культивирования получают большое количество материала и используют его для приготовления вакцин или диагностических препаратов. Успех выделения вируса зависит от правильного выбора вида экспериментального животного и способа введения материала. Для выделения, нейровирусов наилучшим является введение исследуемого материала в головной или спинной мозг, респираторных вирусов — на слизистую оболочку верхних дыхательных путей. Для лабораторных целей используют белых мышей, кроликов, белых и хлопковых крыс, морских свинок, обезьян. Наиболее широко применяют в вирусологической практике белых мышей, например для выделения вирусов — возбудителей бешенства, энцефалита, орнитоза. После введения исследуемого материала за животным устанавливают наблюдение, отмечают его поведение, появление симптомов заболевания, температуру. Если у первично зараженного животного отсутствуют клинические проявления болезни, производят 2—3 последовательных «слепых пассажа» на новой партии животных, вводя им суспензии из органов животных первой партии. При отсутствии симптомов заболевания у повторно зараженных животных результаты исследования считают отрицательными. При наличии у животных клинических признаков болезни производят определение вирусов в суспензии органов с помощью серологических реакций (реакция нейтрализации с известными сыворотками).

Для бактериологического исследования берут стерильно кровь из сердца, кусочки органов для посева на питательные среды, готовят мазки-отпечатки для окраски и микроскопирования.

Применяют подкожный, внутрикожный, внутримышечный, внутрибрюшинный, субдуральный и другие методы заражения лабораторных животных.

№23. Культивирование вирусов. Методы индикации и идентификации вирусов в культуре клеток.