����� ������������������������������������

Әл-Фараби атындағы Қазақ Ұлттық Университеті�Биология және биотехнология факультеті�Биотехнология кафедрасы �ПӘН �«ПРОБИОТИКАЛЫҚ БИОТЕХНОЛОГИЯ»�

Пəннің жалпы көлемі: 3 кредит� 1 кредит - лекция, 2 кредит – практикалық сабақ.

�

Лектор б.ғ.к., доцент Абдиева Гулжамал Жанадиловна

Лекция 6

​

Биоқабат - микроорганизмдердің адам микроэкологиясындағы тіршілік формасы.

Биоқабаттың құрылысы және қызметі�

Биоқабаттың құрамы

Алдынғы ғасырдың соңдарында микробиология басты түрде тек таза микробиологиялық культураларды зерттеуде маңызды рөл атқарған. ХХ ғасырдың соңында адам организмнің микрофлорасы ішек қабырғасын, тері микрофларсын зерттеулер жүргізіле бастады. Бүгінгі күні арнайы биопленка (Biofilms) түзетіні мәлім. Биопленкадағы бактериялар 5-35% массасын құраса, ал қалған бөлігі— бактерия аралық матрикс болып табылады.

Көптеген әдебиетттерде микроорганизмдер популяциясының ерекше “суперорганизмдер” ретінде біртұтас организм екендігінің қазіргі көзқарастары және концепциялары кеңінен қарастырылады.

Бұл мәселе бойынша:

• Апоптоз,
• Бактериялық альтруизм,
• Кворум эффектісі,
• Микробтық клеткалардың коллективтік дифференцировкасы,
• Клетка тыстық матрикс тәрізді колония деңгейдегі құрылымдарды түзуі,
• Микробтық популяциялардағы клетка аралық коммуникациялардың тәсілдері мен нақты агентері қарастырылады.

​

​

Клетка аралық қарым-қатынастардың түрлері және коммуникациялық құралдары, сонымен қатар "паразит/комменсал/симбионт – көпклеткалы организм - ие организм» жүйесіндегі колониялдық құрылымдар мен клетка аралық коммуникациялар эволюциялық-консервативтік түрінде қалыптасқандығы көрсетіледі.

​

�Биоқабық – микроорганизмдердің тіршілік ету формасы.�

Биоқабат – шырышты беттерді біртекіс жауып жатқан микробтық қауымдастық. Биоқабатқа қатты беттерге бекінуге қабілетті микроорганизмдердің біркелкі немесе аралас қауымдастығын жатқызуға болады.

​

​

Ішектегі биоқабаттың көрінісі

�Биоқабаттардың түзілуінің биологиялық мәні:�

Биоқабаттардағы микроорганизмдер тығыз орналасауы оларға метаболизм өнімдерімен тез алмасуға;

• Қауымдастықтық біртұтастығына мүмкіндік береді;
• Биоқабаттардағы микроорганизмдер клеткалары иммунитеттің бактериоциттік факторларынан, әртүрлі препараттар мен қоршаған ортаның кері әсерлерінен жақсы сақталады яғни биоқабат микробтық қауымдастықтардың қорғаныш стркутурасы болып табылады.

​

Биоқабат микрофлорасы жағымсыз физикалық факторларға, табиғи химиялық, биологиялық факторларға, ультрафиолет сәулесіне, вирус пен антибиотиктерге де төзімділік көрсетеді.

Биоқабаттың микроскопиялық көрінісі

Табиғатта биопленка түзілуі табиғи, клиникалық, өндірістік жағдайда көрініс табады. Олар, яғни екі фазада сұйық-сұйық, сұйық-ауа сияқты орталарда түзіледі.

Биопленкада әртүрлі микроорганизмдер топтары, оның ішінде бактериялар, қарапайымдылар, саңырауқұлақтар және балдырлар әр қайсы арнайы метобалитикалық роль атқарады. Мұндай қоғамдастықты микроорганизмдер консорциумы деп атайды.

Биоқабаттағы үйлесімді жұптар

Биоқабат дамуының 5 стадиясы бар:

• Алғашқыда қоршаған ортаға біріншілік бекітілуі (адгезия, сорбция) жүреді. (негізінде сұйық ортада). Қайталымды кезең
• Толығымен бекітілген немес фиксацияланған кезең.
• Толықсу кезең. Қоректік ортаға жиналып, клеткакалардың бөлінуі байқалады.
• Өсу кезеңі. Биопленка түзіліп, өз мөлшерін және формасын өзгерте алады.
• Дисперсия (выброс бактерий): биопленкада периодты бөліну кезінде бөлек клеткалар бөлініп жаңа коллония түзіп бекінуге тырысады.

Биоқабат түзілуін бес турлі сатыға бөлуге болады:

• Қоршаган ортаның ( кәдімгі сұйықтық) кабатына (адгезия, сорбция) микроорганизмдердің бастапқы бекінуі болады. Бұл саты қайтымды болып табылады.
• Соңғы ( қайытымды емес) бекіну, немесе фиксация деп аталады. Бұл сатыда микробтар жаксы адгезияны қамтамасыз ететін клеткадан тыс полимерлер боледі.
• Даму. Беткі қабатқа бекінген клеткалар, келесі клеткалардың бекінуін жеңілдетеді, клеткадан тыс матрикс барлык колонияны бірге ұстап тұрады. Қоректік заттар жиналып, клеткалар бөлініп бастайды.

Биоқабат түзілуін сатылары

• Өсу. Дамыған биоқабаттың түзілуі, енді олар өзінің құрылымы мен құрылысын өзгертеді. Клеткадан тыс матрикс клеткаларды сыртқы ортадагы қауіптерден қорғау қызметін атқарады.
• Дипрессия (бактериялардың айдалуы): периодтық бөліну нәтижесінде біраз уақыттан кейін қайта беткі қабаттарға бекініп жаңа колония құратын биоқабаттан бөлек клеткалар ажыратылады.

Биоқабат түзілуін сатылары

Биоқабаттың құрылысы

Биоқабат – бұл беткі қабатқа бекінген және клеткадан тыс матрикске енген микроорганизмдердің колонияларының конгломераты.

• Биоқабаттың барлық массасынң 15 пайызын микроколониялар және 85% микробтармен бөлінетін және биоқабат өміршеңдігіне маңызды қызметтер тасымалдайтын, экзополисахаридтерден тұратын, эктрацеллюлярлы матрикстерден тұрады.

Биоқабаттың құрылысы

Биоқабат атауына қарамастан бір қалыпты субстрация болып табылмайды, ол орналасуы және уақыты бойынша гетерогенді, биоқабаттан микроорганизмдердің өміршеңдігіндегі өнімдерді жуатын және қоректік заттарды тасымалдайтын сулы каналдар өтеді.

QS- гендер экспрессиясының регуляциясы

Сонғы жылдары ар түрлі биология және медицина салалрында микроорганизмдермен жұмыс істейтін коптеген зерттеушілердің назары Quorum Sensing (QS) сөзіне көңіл аударган.

Quorum Sensing (QS) – бұл ген экспрессиясының ерекше типтік регуляциясы. (QS) жуйесі төмен молекулалық молекула сигналдарын біріктіріп, клеткалық қабырға арқылы жеңіл өтетін және аутоиндукторлармен байланысқан жүйе болып табылады.

Регуляторлы белоктар аутоиндукторлар деп аталады.

(QS) арқасында бактериялар регуляциясы барлық қауымдастық гендер эскпрессиясын жылдам бақылауға мүмкіндік береді.

Мамандандырылған гендердің индукциясына әкелетін (QS) жүйесін қолдана отырып клеткадан клеткаға ақпараттырды тасымалдау, бактериялық популяцияның сыртқы орта жағдайларына жылдам бейімделуіне және табиғи жағдайларда да тірішілік етуіне әсер етеді.

Ең бірінші рет регуляциялық (QS) 70 – ші жылдардың басында жарқыраушы теңіз бактериялары Vibrio fischeri – дан тапқан.

Қазіргі кезде QS типті регуляторлы жуйелер әр түрлі процестерде негізігі рөл атқарады.

QS жуйесі негізгі қызметі:

• Микроорганизмдердің жоғарғы сатыдағы макроорганизмдермен қарым-қатынас орнатуда орасан рөл атқарады;
• Биоқабаттардың түзілуіне қатысады;
• Микроорганизмдер ген экспрессиясының регуляциясына қатысады;
• Экзоферменттердің, токсиндердің, антибиотиктердің және басқа да екінші реттік метоболиттермен синтезделуіне қатысады.
• Генетикалық ақпараттың берілуіне қатысады.

​

Аутоиндукторлар (AI) - әртүрлі табиғи төмен сигналды молекулалар. Аутоиндукторлар бактерияның жоғарғы қалың популяциясынының культурасында жинақталады, клетка қабырғасы арқылы рецепторлы белоктармен байланысады.

Қазіргі кезде QS регуляциясы 50 түрлі бактерияларда анықталған: Miller and Bassler, 2001Miller and Bassler, 2001 ; Schauder and Bassler, 2001Miller and Bassler, 2001 ; Schauder and Bassler, 2001 ; March and Bentley, 2004Miller and Bassler, 2001 ; Schauder and Bassler, 2001 ; March and Bentley, 2004 ; Waters, Bassler, 2005Miller and Bassler, 2001 ; Schauder and Bassler, 2001 ; March and Bentley, 2004 ; Waters, Bassler, 2005 ; Веселова және т.б 2003 .

QS жүйесіндегі аутоиндукторлы сапалы бактериялар әр түрлі байланыстар қолданады, және табылған аутоиндукторлардың саны көбеюде. Сонымен қатар бактерияның бір түрі бір типтік сигнальді молекулаларды анықтайды және қолдана алады.

​

​

​

​

Аутоиндукторлар бактериялардың коммуникациясын жүзеге асырады – бөлек клеткалар арасындағы бір түрге немесе бірнеше түрге бөлініп, түрі және туыстарына жататын ақпараттарды тасымалдау, сондықтан сигналды молекулаларды бактериялардың тілінде созбен санайды.

Аутоиндукторы (AI) - әртүрлі табиғи төмен сигналды молекулалы   Quorum sensing (QS) система. Аутоиндукторлар бактерияның жоғарғы қалың популяциясынының культурасында жинақталады, клетка қабырғасы арқылы рецепторлы белоктармен байланысады.

​

Қазіргі кезде нақты түрде микробты биоқабаттардың, Staphylococcus aureus және грам теріс микроорганизмдерімен туындайтын сосудтардың катетеризациясымен байланысқан инфекция сияқты пайда болатын және дамитын таратылган әр түрлі аурулардың; стафилакокктармен туатын, жүрек клапандар инфекциясы және буын протездері; Е. coli және басқа патогендермен анықталатын зәр шығару жолдарының инфекциясы;

Барлық осы ауруларды емдеу қиынға туады. Биоқабат түзетін микроорганизмдердің патологиялык процестер микроорганизмдерде тудыратын механизмі осы кунге дейин тусініксіз.

Staphylococcus aureus

Е. coli

Экстрацелюларлы матрикс биоқабаттың беткі қабатқа жақсы жабысуын қамтамасыз ететін мықты биологиялық желім болып табылады. Тіс емдеу аймағында тістің эмалі жөнінде айтылып отыр, егер біз бастапқы кариес және тубтің беті туралы айытатын болсақ, егер парадонт паталогиясы, эндодонте біз тубтің каналындағы беткі дентинаға жабысқан биоқабат туралы айытамыз. Сонымен қатар, экстрацеллюлярлі матрикс бактериялар үшін қоректік орта болып табылуыда мумкін. Эндодонит де биоқабат болып табылады.

1987 жылдары Nair P-мен экстрацеллюлярлы аморфты матрикске енген микробтың әр түрлі формаларының конгломераты ретінде айтылған, бірақ ол кездері бифильм туралы айыталмаған, сонымен қатар бул бақылауларға ешқандай мән берілмеген.

Болашақта қызықты шешімдердің бірі болып отырған – бұл бағытта микробтардың тілін шешу мен сигнальді молекулаларды қолдана отырып, биоқабатты басқару немесе функцияланған биоқабатқа сай бактериялардың әсерімен биологиялық әдістердің инфекциялармен күресі болып отыр.

​

Биопленкаға антиадгезивті материалдар, Quorum sensing (QS) жүйенің ингибиторлары, физикалық әрекеттері, биопленк матриксін бұзатын заттар жатады.

Бақылау сұрақтары

1. «Қалыпты микрофлораның» қандай синонимдары қолданылады?

2. Биоқабат деген не?

3. Биоқабаттың құрылысы қандай?

4. Биоқабаттың қызметі қандай?

 5. Quorum Sensing (QS) – қалай түсіндіңіз?

6. Биоқабаттың түзілу сатыларын түсіндіріңіз.

Ұсынылған әдебиеттер:

1. Бондаренко В.М., Мацулевич Т.В. Дисбактериоз кишечника как клинико- лабораторный синдром: современное состояние проблемы. - М., Гэотар-Медиа. - 2007. – С.304-305.

2. Борисов Л.Б. Медицинская микробиология, вирусология, иммунология. М, 2014.

3. Коршунов В.М., Володин Н.Н., Ефимов Б.А. и др. Микроэкология желудочно-кишечного тракта. Коррекция микрофлоры при дисбактериозах кишечника. (Учебное пособие). М., 2019.

​