Оборудование и материалы:

1. Микроскоп биологический МБР-3 или аналогичный

2. Спиртовка.

3. Термостат.

4. Питательные среды в пробирках: МПА косой, МПА прямой, МПБ, МПЖ, молоко, косяки картофеля.

5. Чашки Петри с культурами микроорганизмов.

6. Микробиологические петли и иглы.

7. Материалы (предметные стекла для микропрепаратов; пробирки стеклянные, вместимостью 15 мл; пипетки, вместимостью 1,0 и 5,0 мл с делениями, 1%-ный водный раствор генцианвиолета или кристаллвиолета, раствор Люголя, склянка с 95%-ным этанолом, 0,1%-ный раствор фуксина).

Общие сведения

В природе микробные сообщества растут, образуя биопленки, о чем впервые сообщили К.Зобэлл и М.Андерсон еще в 50-х го­дах XX столетия, однако документированные подтверждения уни­кальности проходящих там процессов были получены лишь в последние 20 лет благодаря в основном развитию техники микро­электродов.

Колонии практически всех видов бактерий демонстрируют способность к клеточной дифференцировке и многоклеточной организации. Эта способность наиболее очевидно проявляется при росте бактерий в их природных местах обитания, где они формируют различные многоклеточные структуры: биоплёнки, бактериальные маты, плодовые тела и др.

В настоящее время общепринято, что при развитии в природе биопленки преобладают над свободноживущими микро­организмами как в численном отношении, так и по уровню мета­болизма. Доказано, что клетки в составе биопленки фенотипически отличаются от свободноживущих и что способностью к обра­зованию биопленок обладают все представители домена бактерий. Тесные структурные ассоциации клеток в составе биопленок ве­дут к интенсивному обмену метаболитами (химическая коммуни­кация) и, возможно, генетическим материалом, что может при­водить к адаптивной изменчивости функций всего сообщества.

Понятие «ощущение кворума» (Quorum Sensing) было предложено в 1994 году. Оно означает восприятие клетками изменений среды, которые наступают при достижении бактериальной культурой некоторой пороговой численности, и реакцию на эти изменения.

Распространяющиеся химические сигнальные молекулы составляют один из немногих механизмов, с помощью которого бактерии могут взаимодействовать друг с другом. Восприятие таких сигналов возможно отдельной бактериальной клеткой, чтобы воспринять как себя так и другие клетки, и таким образом адаптироваться к окружающей среде в соответствии с плотностью популяции. Это клеточная коммуникация стала называться «Quorum Sensing». Предполагается, что экспрессия генов, регулирующих плотность клеточной популяции регулируется, сигнальными молекулами, взаимодействующими с чувствительными рецепторами или регуляторными белками транскрипции. «Quorum Sensing», таким образом, пример мультиклеточного поведения, способный модулировать целый ряд физиологических процессов, включая:

• биолюминесценцию у морских бактерий Vibrio fisheri и V.harveyi;

• агрегацию клеток миксобактерий и последующее формирование плодовых тел со спорами;

• споруляцию у бацилл и актиномицетов;

• стимуляцию роста у стрептококков и ряда других микроорганизмов;

• конъюгацию с переносом плазмид у Enterococcus faecalis и родственных видов, а также у бактерий рода Agrobacterium;

• синтез экзоферментов и других факторов вирулентности у патогенов растений (Erwinia carotovora, E.hyacinthii и др.) и животных (Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus aureus);

• образование антибиотиков у представителей рода Streptomyces и у E.carotovora;

• формирование биоплёнок у Р. aeruginosa и других микроорганизмов.

Раскрыты механизмы многих из указанных процессов, определены факторы межклеточной коммуникации, отвечающие за процессы, зависящие от плотности популяции.

Серьёзной проблемой клинической практики является широкое распространение устойчивых форм микроорганизмов, снижающее эффективность применения антибактериальных препаратов. Особенную трудность представляет повышенная лекарственная устойчивость бактерий в биоплёнках. Для синтеза факторов вирулентности, антибиотиков и формирования биоплёнок бактерии часто используют реакции кворум-сенсинга. Поэтому изучение механизмов таких реакций открывает новые возможности для предупреждения и лечения болезней, вызванных микробными агентами, а также позволяет по-иному взглянуть на сложный комплекс межвидовых бактериальных взаимодействий в природных местах обитания микроорганизмов.