Лекция 1-2. Влияние стресса на физиологию бактерий.

Всякий живой организм постоянно действует множество раздражителей, приходящие из внешней среды. В ответ на них в организме возникает цепь реакций, выражающихся в изменении физиологических процессов. Раздражители могут вызывать как специфическую (свойственную только данному воздействию), так и неспецифическую (общую для самых разнообразных воздействий) ответную реакцию организма. Подобную однотипную реакцию организма на действие самых разнообразных раздражителей канадский исследователь Ганс Селье впервые в 1936 г. предложил называть cтрессом. Первоначально подразумевалось, что стресс-реакция возникает только при действии экстремальных по силе неблагоприятных воздействий и выражается в мобилизации защитных сил организма. В книге Г.Селье "На уровне целого организма" (1972) вводится следующее определение стресса: "Стресс (англ. в strees - напряжение) - совокупность всех неспецифических изменений, возникающих под влиянием слабых и сильных воздействий и сопровождающихся перестройкой защитных систем организма".

За последние годы представление о стрессе неадекватно расширилось и в значительной степени потеряло первоначальную конкретность. На одном из международных конгрессов по стрессу, в котором участвовал сам Селъе, стресс определяется уже как "неспецифическая реакция организма на любое воздействие, оказываемое на него". Стрессом стали называть ответную реакцию почти на каждое физическое или иное воздействие, отнюдь не укладывающееся в рамки "сильного, экстремального". Во многих отношениях стресс, т.е. напряжение, граничащее с нарушением гомеостаза, превратился в реакцию организма или отдельных его систем, вызванную обычными раздражителями, не выходящими за физиологические параметры, или, напротив, мощными воздействиями, неизбежно приводящими к шоку и смерти.

В настоящее время высказывается мнение, что неспецифичные реакции характерны для всех ступеней живого мира и выражаются как единство и преемственность в его развитии. Однако, как считают некоторые ученые, определения стресса могут быть разными, если исходить из оценки конечного результата действия факторов, вызывающих стресс (стрессоров) на разных уровнях организации живого.

В связи с микроорганизмами термин "стресс", по-видимому, впервые применен Ордалом в 1966 г. Изучение стресса у микроорганизмов представляет достаточно большой теоретический интерес. Накопленные к настоящему времени материалы свидетельствуют о том, что микроорганизмы в ответ на раздражение,вызываемое разнообразными агентами, обнаруживают реакции, которые можно назвать общими, сходными. Стресс-реакции можно наблюдать у микроорганизмов, относящихся к различным систематическим группам. Стрессовое состояние микроорганизмов исследуется при решении ряда весьма актуальных практических задач, например получение из вирулентных культур ослабленных, которые сохраняют при этом свои иммуногенные свойства; сохранение консервированных продуктов и т.д.

Несмотря на появление о последние годы большого количества работ, посвященных изучению стресса у микроорганизмов это понятие так и не приобрело конкретного содержания в полной мере.

И. .Л Работнова и И.П. Гюзмогова определяют стресс как состояние быстрой перестройки обмена веществ, направленной на сохранение жизни при неожиданном воздействии любого внешнего неблагоприятного фактора, не приводящего к моментальному летальному исходу.

В литературе, посвященной вопросам стресса у микроорганизмов крадко то или иное воздействие оценивают по количеству травмированных клеток. Вместе с тем, если имеет место четко выраженная гибель плеток, то, очевидно, следует говорить не о стрессовом, а о летальном (бактерицидном) действии выбранного фактора. По-видимому, при изучении явлений стресса необходимо подобрать такую интенсивность воздействия стрессора, при которой клетки микроорганизмов оказались бы лишь травмированными, но не погибшими. Нередко, однако, граница между этими двумя ситуациями оказывается чрезвычайно 'размытой". Единственным критерием гибели микроорганизмов является необратимая утрата способности к росту и размножению. Травмированные клетки утрачитают эту способность только временно: после устранения действия стрессора при определенных условиях происходит "залечивание" травмы - репарация и клетки вновь обретают способность расти и размножаться.

Стресс у микроорганизмов может быть вызван самыми разнообразными воздействиями: повышенной или пониженной температурой, замораживанием-оттаиванием, замораживанием-высушиварием, резкими изменениями рН и т.д.

Кроме того, существует мнение, что голодание клеток следует рассматривать как стрессоркую ситуацию. Голодание клеток может быть полным, т.е. среда вообще будет лишена экзогенных источников питания - азота, углерода, витаминов а т.д., или частичным, когда клетки испытывают голод только но какому-либо одному компоненту среды: по источнику азота, углерода, серы и т.д. Эффект любого стрессора зависит от ряда условий. Установлено, что представители разных штаммов и видов обнаруживают различную чувствительность к одному воздействию. Но в тех случаях, когда исследуется один и тот же вид микроорганизмов, условия его культивирования, физиологическое состояние микроорганизмов и т.п. определяют интенсивность ответных реакций. Так, например, в опытах с Escheriehia coli было показано, что устойчивость клеток (5 °С) зависит от температуры предшествующего культивирования. Известно, что температура инкубации оказывает существенное влияние на соотношение насыщенных и ненасыщенных жирных кислот в мембранах клеток. Преобладание ненасыщенных кислот определяет жидкостное состояние мембранных фосфолипидов, которые в значительной степени являются ответственными за устойчивость к нагреванию различных структур и функций клеток.

В литературе неоднократно подчеркивалось, что чувствительность микроорганизмов к стрессорному воздействию зависит также от их физиологического состояния. Так, например, в лаборатории Харста было показано, что клетки Staphylococus aureus, находящиеся в логарифмической фазе роста, обнаруживают большую чувствительность к действию повышенных температур (32 °С; 15 мин в фосфатном буфере) по сравнению с клетками, достигшими поздней стационарной фазы. О высокой чувствительности клеток микроорганизмов, находящихся в логарифмической фазе роста, по сравнению с клетками, достигшими фазы замедленного роста или стационарной фазы, свидетельствуют и результаты опытов с Escherichia coli при действии на них пониженных температур (1-1%,0°С; 30 мин). При наблюдении за выживаемостью клеток, а также за их способностью включать меченые предшественники было установлено, что после замораживания бактерий, находившихся в логарирмической фазе, выжили 16,0 из фазы замедленного роста - 24,7 из стационарной - 6 % по отношению к количеству исходных клеток. Эти данные убедительно свидетельствуют о более высокой чувствительности бактерий, находящихся в фазе логарифмического госта. Вместе с тем по анализу интенсивности включения меченых предшественников ДНК клеток, оказалось,что бактерии, находившиеся в логарифмической фазе, обнаруживает большую интенсивность обменных процессов и в последующем с большей эффективностью осуществляют реакцию биосинтеза ДНК, белка, по сравнению с клетками из более поздних фаз роста.

Действие стрессоров зависит также от количества клеток в суспензиях. Установлено,что при численности популяции 106 кл/мл и выше эффективность действия стрессоров в значительной степени снижается по сравнению с тэм, что имеет место при работе с разбавленными суспензиями (при прочих равных условиях эксперимента). В настоящее время для изучения явлений стресса у микроорганизмов пользуются определенной схемой экспериментов (рис. 34): выращивают клетки микроорганизмов, которые затем разделяют в какой-либо жидкости: воде, физиологическом растворе, а иногда в питательной среде. Приготовленные таким образом суспензии подвергали действию стрессорного агента, что влечет за собой повреждение клеток. Последнее выражается в том, что клетки теряют способность расти на минимальных или селективных средах, в то время как на средах сложного состава способность к росту полностью сохраняется. Это обстоятельство имеет немаловажное значение, так как дает возможность оценить выступал ли выбранный фактор только как стрессор, или сила –воздействия его была столь велика, что он действовал как бакторицидный агент. После устранения действия стрессора наступал период восстановления - репарации: клетки "залечивают' нанесенные им повреждения. Как только репарационные процессы достигнут определенного уровня, клетки вновь оказываются способными расти на минимальных и (или) селективных средах.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: