Взаимоотношения микроорганизмов с растениями

Микрофлора ризосферы. Растения являются хорошей средой для обитания микроорганизмов. Корневая система и наземные органы растений обильно населены микроорганизмами. Микрофлору зоны корня принято подразделять на микрофлору ризопланы – микроорганизмы, непосредственно поселяющиеся на поверхности корня, и микрофлору ризосферы – микроорганизмы, населяющие область почвы, прилегающей к корню. Численность микроорганизмов в ризоплане и ризосфере в сотни и даже тысячи раз превышает содержание их в обычной почве.

На численность и групповой состав микрофлоры ризопланы и ризосферы оказывает влияние тип почвы, климатические условия, характер растительного покрова и стадия развития растений. Как правило, в динамике численности микроорганизмов ризопланы и ризосферы наблюдаются два максимума: первый приходится на фазу кущения растений, второй – на фазу цветения и начало плодоношения. Доминируют неспорообразующие бактерии рода Pseudomonas и некоторые микроскопические грибы, бациллы, актиномицеты, клетчаткоразрушающие бактерии, микобактерии. Процессы трансформации веществ в ризосфере обусловливают накопление в ней элементов минерального питания растений. Выделяемые бактериями кислоты способствуют растворению и усвоению растениями труднодоступных соединений, таких, как фосфаты кальция, силикаты калия и магния. Синтезируемые микроорганизмами витамины (тиамин, витамин B12, пиридоксин, рибофлавин, пантотеновая кислота и др.) и ростовые вещества (гиббереллин, гетероауксин) оказывают стимулирующее действие на ростовые процессы растений. Многие сапрофитные бактерии ризосферы являются антагонистами фитопатогенных микробов и выполняют роль санитаров в почве.

Эпифитная микрофлора растений. Микроорганизмы, развивающиеся на поверхности стеблей и листьев растений, получили название эпифитной микрофлоры. Состав эпифитной микрофлоры весьма специфичен. Большинство составляют бактерии Erwinia herbicola. Второе место по численности занимают различные грибы (Penicillium, Mucor, Fusarium и др.). На поверхности многих тропических растений обнаружены азотфиксирующие бактерии рода Beijerinckia, поставляющие азот непосредственно в лист.

Разнообразная и обильная микрофлора находится на поверхности семян. В состав микрофлоры семян обязательно входят неспорообразующие бактерии Pseudomonas, Arthrobacter и Flavobacterium, дрожжи Candida, Rhodotorula, Criptococcus, а также грибы Penicilium, Aspergillus, Alternaria, Cladosporium, Mucor и др. Развитие микроорганизмов на поверхности зерна в значительной мере зависит от влажности и температуры.

Считают, что эпифитная микрофлора образует определенный биологический барьер, препятствующий заражению растительных тканей фитопатогенными микробами.

Фитопатогенные микроорганизмы. Первое место среди фитопатогенных микробов принадлежит грибам, второе место занимают вирусы и бактерии и лишь небольшой процент болезней растений вызывают актикомицеты. Фитопатогенные микроорганизмы активно синтезируют гидролитические ферменты (пектиназы, целлюлазы, протеазы и др.), вызывающие мацерацию растительных тканей и разрушение клеточных оболочек, что приводит к проникновению возбудителя болезни внутрь клетки, нарушают обмен, отравляют токсинами, что приводит ее к гибели.

Источниками заражения растений фитопатогенными микроорганизмами служат почва, вода и многие насекомые. Наибольшую опасность представляют инфицированный семенной материал и остатки больных растений в почве.

Нормальная микрофлора человека и животных. Совокупность микроорганизмов, приспособившихся к жизни в организме человека и животных и не вызывающих каких-либо нарушений физиологических функций макроорганизма, носит название нормальной микрофлоры.

Нормальную микрофлору человека и животных подразделяют на облигатную и факультативную. К облигатной микрофлоре относятся относительно постоянные сапрофитные и условно-патогенные микроорганизмы, максимально приспособленные к существованию в организме хозяина. Факультативная микрофлора является случайной и временной. Она определяется поступлением микроорганизмов из окружающей среды, а также состоянием иммунной системы макроорганизма.

Постоянными обитателями ротовой полости являются стрептококки, лактобациллы, коринебактерии, бактероиды, а также дрожжевые грибы, актиномицеты, микоплазмы и простейшие. К факультативным обитателям относятся энтеробактерии, спорообразующие бактерии и синегнойная палочка. Наличие Escherichia coli является показателем неблагополучного состояния ротовой полости.

Главную роль в поддержании качественного и количественного состава микроорганизмов в ротовой полости играет слюна, содержащая различные ферменты, обладающие антибактериальной активностью.

В желудке человека микроорганизмы почти отсутствуют. Иногда в желудке в незначительном количестве встречаются Sarcina ventriculi, Bacillus subtilis и некоторые дрожжи.

В тонком кишечнике обитает сравнительно мало бактерий (10²–10³), преимущественно аэробные формы. Зато в толстом кишечнике имеется колоссальное количество микробов, включающих более 260 разных видов факультативных и облигатных анаэробов. Основными обитателями толстого кишечника являются бактероиды, бифидобактерии, фекальный стрептококк, кишечная палочка, молочнокислые бактерии. Последние в кишечнике выступают в роли антагонистов гнилостной микрофлоры и некоторых патогенных микробов.

Из окружающего воздуха поступает масса микробов. Большая часть микроорганизмов задерживается в верхних дыхательных путях. Бронхи и альвеолы легких практически стерильны. В составе микрофлоры верхних дыхательных путей содержатся относительно постоянные микробы, представленные стафилококками, коринебактериями, стрептококками, бактероидами, капсульными грамотрицательными бактериями и др. Кроме бактерий в верхних дыхательных путях в течение длительного времени в латентном состоянии могут пребывать некоторые вирусы, в частности, аденовирусы.

Субстратом для питания бактерий на поверхности кожи служат выделения потовых и сальных желез, а также отмирающие клетки эпителия. Наиболее богата микроорганизмами кожа открытых частей тела – рук, лица, шеи. Подавляющая масса микроорганизмов кожи представлена сапрофитными бактериями – стафилококками, бациллами, микобактериями, коринебактериями и дрожжевыми грибами, и только в 5% анализов выделяется условно-патогенный микроб – золотистый стафилококк. При санитарно-бактериологических анализах обнаружение на поверхности кожи Escherichia coli свидетельствует о загрязнении ее фекалиями.

Нормальная микрофлора в организме человека и животных играет важную роль в формировании естественного иммунитета. Облигатные микроорганизмы, продуцирующие вещества типа антибиотиков, молочную кислоту, спирты, пероксид водорода и другие соединения, обладают ярко выраженными антагонистическими свойствами в отношении многих патогенных бактерий. Качественные и количественные нарушения в составе микробной флоры в организме человека получили название дисбактериоза. Дисбактериоз возникает чаще всего в результате длительного приема антибиотиков, а также при хронических инфекциях, радиации и действии экстремальных факторов. Развитие дисбактериоза объясняется подавлением облигатной микрофлоры макроорганизма.

Патогенные микроорганизмы. Патогенными (от греч. patos – болезнь) называются микроорганизмы, способные вызывать заболевания человека, животных и растений.

Степень патогенности выражается вирулентностью бактерий, измеряемой условно принятой единицей DLM (Dosis letalis minima – минимальная летальная доза). Одна DLM равна наименьшему количеству бактерий, способных вызвать в течение определенного времени гибель не менее чем 80–95% лабораторных животных.

Вирулентность связана с образованием экзо- и эндотоксинов, способностью к инвазии (проникновению в организм хозяина), формированием капсульной слизи, а также выделением агрессинов (веществ, подавляю­щих защитные силы организма).

Внедрение патогенных микробов, нарушающих физиологическое равновесие и физиологические функции организма, приводит к развитию инфекции. Общими наиболее типичными признаками инфекции являются воспаление, лихорадка, поражение нервной системы, нарушение сердечно-сосудистой и дыхательной функций, а при некоторых заболеваниях появление накожной сыпи. В ходе инфекционного процесса возбудители из первичного очага могут поступать в кровь и разноситься по всему организму, что приводит к развитию сепсиса. При благоприятном течении инфекционный процесс заканчивается выздоровлением.

Иммунитет. Защита организма от инфекционных и других генетически чужеродных для него агентов (микробов или их токсинов) получила название иммунитета. По происхождению различают врожденный и приобретенный иммунитет. Врожденный иммунитет является одним из видовых генетических признаков организма, передается по наследству. Так, человек невосприимчив к чуме собак и крупного рогатого скота, куриной холере. Животные не поражаются такими инфекциями человека, как гонорея, сифилис, брюшной тиф, скарлатина, корь и др. Врожденный иммунитет является естественной и наиболее совершенной и прочной формой защиты организма, так как он сформировался в процессе эволюции в ходе естественного отбора.

Приобретенный иммунитет формируется в процессе жизни организма и не передается по наследству. Он вырабатывается в организме после перенесенного заболевания или искусственного введения вакцины либо готовых антител. Приобретенный иммунитет является высокоспецифичным.

Одним из механизмов иммунитета является фагоцитоз. Значение фагоцитоза в иммунитете обосновано И.И. Мечниковым. Процесс фагоцитоза заключается в активном поглощении и переваривании чужеродного агента специализированными клетками организма, получившими название фагоцитов. Фагоцитарной активностью обладают микрофаги и макрофаги. К микрофагам относятся гранулоциты (нейтрофилы, эозинофилы, базофилы). Среди макрофагов различают подвижные (моноциты крови, полибласты, гистиоциты) и неподвижные (клетки селезенки, лимфатической ткани, клетки Купфера печени) клетки.

Процесс фагоцитоза проходит в несколько стадий: 1) приближение фагоцита к чужеродному объекту; 2) захват объекта; 3) внутриклеточное ферментативное переваривание объекта фагоцитом. Фагоцитарная активность организма в значительной мере определяет его сопротивляемость инфекции.

Специфическим механизмом приобретенного иммунитета служит образование антител в ответ на внедрение в организм того или иного антигена. В роли антигенов выступают чужеродные для организма патогенные микробы, их токсины, а также белки, нуклеиновые кислоты, липиды, полисахариды и т.д. Антигены обладают способностью вызывать образование антител и вступать с ними в специфическое взаимодействие.

Антитела представляют собой иммуноглобулины – специфические гетерогенные белки с характерными химическими и биологическими свойствами. Для синтеза иммуноглобулинов необходима кооперация трех типов клеток в организме – Т- и В-лимфоцитов и макрофагов.

Профилактика и терапия инфекционных заболеваний. В профилактике инфекционных заболеваний исключительно важную роль играют вакцины. Термин «вакцина» происходит от латинского слова vaccina, что означает «корова». Первая вакцина против оспы получена в 1796 г.
Э. Дженнером из гнойников на коже руки доярки, ухаживавшей за коровами, больными коровьей оспой. По характеру вакцинного материала различают живые, убитые и химические вакцины.

Живые вакцины применяются для профилактики таких серьезных инфекционных заболеваний, как оспа, полиомиелит, бешенство, корь, паротит, грипп, сыпной тиф, сибирская язва, чума и др.

Убитые вакцины представляют собой суспензию убитых патогенных микроорганизмов в растворе хлорида натрия. Для инактивации вакцинных штаммов микроорганизмов применяют ультрафиолетовое облучение, ультразвук, химические вещества – формалин, фенол, спирт и др. Введение убитых вакцин, как правило, вызывает менее стойкий иммунитет организма.
К эффективно действующим убитым вакцинам относятся вакцины против брюшного тифа, паратифа, холеры, коклюша, клещевого энцефалита и др.

Химические вакцины получают извлечением из клеток патогенных микроорганизмов антигенов, обладающих наиболее выраженными иммуногенными свойствами. В качестве химических вакцин практическое применение нашли О-антиген сальмонелл брюшного тифа и паратифов, Vi-антиген сальмонелл брюшного тифа, протективный антиген бацилл сибирской язвы.

К наиболее эффективно действующим относятся ассоциированные вакцины, вырабатывающие иммунитет организма сразу к нескольким заболеваниям. Примером такой ассоциированной вакцины является коклюшно-дифтерийно-столбнячная вакцина (акдс).

Для лечения инфекционных заболеваний современная медицина располагает арсеналом химических препаратов и антибиотиков.

Различают корпускулярные вакцины, содержащие ослабленные (аттенуированные) или убитые микроорганизмы и вирионы.

Некорпускулярные – содержат продукты химического расщепления микроорганизмов, обезвреженные яды, экзотоксины.

По числу антигенов различают моновакцины и ассоциированные поливакцины.

Синтетические – безбаластные, не обладают побочным токсическим действием, они коньюгируют с Т-зависимыми носителями, введены в адьюванты.

Рекомбинантные – искусственно созданные вакцины на основе рекомбинантных вирусов или микробов-химер, в геномы которых введены гены антигенов (вакцина против оспы и гепатита; вакцина против герпеса, гриппа А и стоматита).

Антиидиотипические вакцины – смесь моноклональных антител (используют гибридомы).

Иммунныесыворотки – жидкая часть плазмы крови без фибриногена: нормальные и иммунные; гомологичные (от человека) и гетерологические (от животных), по целям: диагностические и лечебно-протифилактические (пассивный иммунитет).