Фенотипическая изменчивость бактерий

Фенотипические изменения какого-либо признака или нескольких признаков называют модификациями, они не находятся под контролем генома, не сопровождаются изменениями первичной структуры ДНК и вскоре, после действия фактора и его прекращения, утрачиваются. Модификации проявляются в мире бактерий довольно часто, они могут возникать в популяции любого вида.

У бактерий чаще наблюдаются морфологические модификации, приводящие к обратимым изменениям формы бактерий. Так, например, в старых культурах палочковидные бактерии изменяются до кокковидных, подвижные бактерии теряют подвижность на средах с формалином, пигментообразующие бактерии временно утрачивают синтез пигмента (Serratia marcescens). Биохимические модификации - основу составляют индуцибельный синтез ферментов, заключающийся в индукции и репрессии соответствующих структурных генов, контролируемых регуляторными генами. Так, например, кишечная палочка только в присутствии лактозы синтезирует ферменты, необходимые для ее ферментации. Стафилококки только в присутствии пенициллина синтезируют фермент, разрушающий данный антибиотик.

К модификациям относят включение «молчащих» генов (без их перестройки) некоторых микроорганизмов в результате чего происходит смена их антигенов в ходе инфекционного заболевания.

Модификации могут возникать под непосредственным действием а/б, например пенициллина. Образующиеся при этом L-формы бактерий, лишенные клеточной стенки, могут сохраняться и даже размножаться внутри клеток хозяина и вновь реверсировать к исходной форме после прекращения действия пенициллина (бледная трепонема, микобактерии туберкулеза, гонококки).

Модификации возникают как адаптивные реакции бактериальных клеток на изменение окружающей среды, что позволяет им быстро приспосабливаться и сохранять численность популяции на жизнеспособном уровне.

Среди адаптивных реакций у бактерий выделяют неспецифические и специфические.

1. Неспецифические реакции возникают в ответ на действие благоприятных или неблагоприятных факторов внешней среды, например действие на бактерии дезинфектантов; выжившие организмы проявляют меньшую чувствительность. Нередко наблюдают снижение метаболической активности, но таксономические признаки организма сохраняются.

2. Специфические приспособительные реакции имеют жизненно важное значение при контакте с антимикробными препаратами; механизмы их реализации, помогающие уяснить сущность подобной адаптации, включают:

а) синтез новых ферментов, ранее не свойственных микроорганизму (при наличии в среде соответствующего субстрата);

б) замещение метаболитов антиметаболитами, имеющими структурное сходство с субстратом для действия лекарственного препарата.

Практическое значение фенотипической изменчивости

При выделении чистых культур протея, синегнойной палочки и др. использование метода Дригальского невозможно, т.к. они дают ползущий рост и затягивают колонии других микроорганизмов. Получить чистую культуру можно, добавляя в питательную среду химические вещества. Фенол оказывает на микробные клетки существенное влияние, характер которого зависит от его концентрации. Так, в небольших концентрациях при добавлении фенола к дифференциальго-диагностическим средам, которые используются в микробиологической практике для посева испражнений ребенка при кишечных расстройствах различного происхождения, он способен оказывать влияние на наследственные признаки микробов, изменяя их свойства. В этом случае подавляется, например, роение («ползучий рост», как результат активной подвижности бактерий за счет жгутиков) вульгарного протея и облегчается выделение чистой культуры энтеропатогенных кишечных палочек или возбудителей дизентерии и сальмонеллезов.

Пигментообразование – это видовой признак. Интенсивность его образования зависит от состава питательной среды и способа культивирования микроорганизмов. Биологическая роль пигментов заключается в том, что они защищают бактерии от действия видимого света и УФ лучей. Многие пигменты проявляют антибиотические свойства. Между пигментацией и образованием вторичных метаболитов существует такая тесная корреляция, что при наличии пигментов можно с большой долей вероятности ожидать выделения антибиотиков и других БАВ.

Serratia marcescens (чудесная палочка) образует розово-красный, водонерастворимый пигмент – продигиозин, из которого получают иммуномодулятор – продигиозан (стимулирует активность фагоцитов, В-лимфоцитов, лейкопоэз и цитотоксические свойства моноцитов). Нарушение условий культивирования в промышленном производстве продигиозана может значительно снизить продукцию этого иммуномодулятора.