Биологическое действие ультрафиолетового излучения на микроорганизмы

Учебные материалы по биологии / Влияние физических факторов на фенотипические свойства микроорганизмов / Биологическое действие ультрафиолетового излучения на микроорганизмы

Страница 1

Молекулярные механизмы биологического действия УФ-излучения могут быть разделены на три основные группы: изменение структуры и функции ДНК, фотоинактивация белков и повреждение биомембран. Эти процессы лежат в основе всех фотопроцессов, развивающихся на уровне клетки и организма.

Решающее значение в биологическом действии УФ-излучения имеет его поглощение нуклеиновыми кислотами в области 240-290 нм. Основной механизм реализуется за счет фотолиза двойной связи ДНК, в результате чего возникают одно- и двунитевые разрывы в молекуле ДНК.

При воздействии УФ-излучения на белкипроисходит их деструкция аминокислотных остатков, которые входят в активный центр белка и влияют на их конформацию.Это в свою очередь приводить к потере функциональной активности данного белка.

Биологическое действие УФ - излучения заключается в повреждении биомемран. Фотоповреждения белков и фосфолипидов, входящих в их состав, взаимосвязаны и нередко усиливают друг друга. Фотоокисление липидов представляет собой двухэтапный процесс. На первом этапе липиды под действием ультрафиолета окисляются по свободно радикальному механизму с образованием гидроперекисей. На второй стадии при поглощении второго кванта УФ-излучения перекиси расщепляются с образованием стабильных продуктов, и прежде всего альдегидов. Присутствующие в мембранах жирорастворимые антиоксиданты, такие как токоферолы, ингибируют окисление, но сами при этом подвергаются фотодеструкции. Повреждение фосфолипидов биомембран будет усиливать инактивацию мембранных белков-ферментов, вызванную действием УФ-излучения, приводить к разобщению окисления и фосфорилирования и следовательно, подавлять синтез АТФ, повышать проницаемость мембран для различных низкомолекулярных соединений, ионов и т.д Находящиеся в мембранах витамины, антиоксиданты и другие биологически активные вещества также окисляются под действием ультрафиолета и теряют свою активность.

Возникновение при воздействии УФ-излучения молекулярных повреждений ДНК, фотодеструкция белков и биологических мембран обуславливает развитие многочисленных биологических эффектов, которые приводят к летальному эффекту. В механизме летального эффекта главную роль играет образование пиримидиновых димеров в молекулах нуклеиновых кислот. Образование димеров в ДНК ведет к гибели клетки вследствие:

. возникновения летальной мутации

. потери, хотя бы одной из молекул ДНК, способности к репликации за счет нерепарированных сшивок ДНК - ДНК или ДНК - белок

. нарушения процесса транскрипции.

У бактерий воздействие полного спектра УФ-излучения (200 - 400 нм) вызывает изменение темпа деления клеток и их гибель. Однако в этом процессе наблюдается несколько фаз. Непосредственно после облучения скорость деления уменьшается и часть клеток гибнет. Выжившие клетки повторно делятся, но потом частота митозов вновь падает и часть клеток погибает. Лишь через 2-4 недели наступает окончательное выздоровление или гибель. УФ-излучение области С, соответствующее максимуму поглощения нуклеиновыми кислотами, вызывает отсроченную гибель простейших, подверженную фотореактивации и, следовательно, обусловленную образованием димеров. Длинноволновое УФ-излучение вызывает только раннюю, до наступления первого митоза гибель клеток или раннюю задержку их деления. Эти повреждения не устраняются системой фотореактивации и связаны очевидно с денатурацией и фотолизом мембранных и цитоплазматических белков, т.е. с изменениями паранекротического типа, индуцируемыми УФ-излучением.

Заключение

Под влиянием различных факторов внешней среды на фенотипические свойства микроорганизмов, происходит их фенотипическая модификация. В результате микроорганизмы начинают приспосабливаться как во внешней среде, так и в макроорганизме, меняя свои фенотипические свойства, которые способствуют повышению их выживаемости, увеличение устойчивости к антибиотикам, а также влияет на постановку бактериологического диагноза и определения тактики АБ терапии.Изменение фенотипических свойств способствует: повышению устойчивости к антибиотикам, что в конечном итоге приводит к хронизации инфекционного процесса и рефраткерности к лечению, повышению устойчивости к антисептикам и дезинфектантам, что в результате приводит к увеличению частоты внутрибольничных инфекций, создаются трудности в микробиологической диагностике инфекционных заболеваний (идентификация возбудителя и определения его антибиотикочувствительности).

Важнейшим фенотипическим свойством бактерий, которое обеспечивает в современных условиях выживаемость бактерий во внешней среде, а также в организме пациента при существовании инфекционного процесса является биопленка.Из-за наличия синтезируемого экзополисахаридного матрикса, бактерии защищены биопленкой от иммунной системы (формируется неэффективный иммунный ответ), действия антибактериальных препаратов, внешних воздействий, так как полисахаридный матрикс представляет собой барьер для клеток воспаления и антибиотиков. Необходимо отметить, что бактерии в биопленке имеют низкую метаболическую активность, что также делает их устойчивыми к лечению. В биопленке у микроорганизмов повышена устойчивость к антибиотикам, антисептикам, дезинфектантам, что создает трудности в лечении и увеличивает частоту возникновения внутрибольничных инфекций.