Микробиология: тренировочные вопросы с объяснениями

1Мир микроорганизмов

Микробиология изучает организмы, слишком мелкие, чтобы их видеть без микроскопа. Большинство из них безвредны или полезны: бактерии в вашем кишечнике помогают переваривать пищу и не пускают вредные микробы.

Микроб, вызывающий болезнь, — это патоген. Основные группы различаются по строению, а строение определяет, как их лечить:

• Бактерии — одиночные клетки без ядра (прокариоты) длиной около 1–5 микрометров. У них есть собственные рибосомы и обычно клеточная стенка, поэтому на них могут действовать антибиотики.
• Вирусы — не клетки. Это ДНК или РНК внутри белковой оболочки (капсида) размером около 20–300 нанометров, и размножаться они могут только внутри клетки-хозяина. Антибиотики на них не действуют.
• Грибы имеют ядро (эукариоты). К ним относятся дрожжи, например Candida, вызывающая молочницу, и плесени.
• К паразитам относятся простейшие, например Plasmodium, вызывающий малярию, и гельминты (черви), например ленточные черви и круглые черви.
• Прионы — неправильно свёрнутые белки, вообще не содержащие ДНК или РНК. Они вызывают редкие заболевания мозга, например болезнь Крейтцфельдта–Якоба.

2Бактерии: форма, окраска и выживание

Бактерии сначала описывают по форме: кокки — круглые, бациллы — палочки, а спириллы — спирали. Кокки гроздьями типичны для стафилококков; кокки цепочками типичны для стрептококков.

Окраска по Граму разделяет бактерии по клеточной стенке:

• Грамположительные бактерии имеют толстую пептидогликановую стенку, удерживающую краситель кристаллический фиолетовый. Они окрашиваются в фиолетовый.
• Грамотрицательные бактерии имеют тонкую стенку и наружную мембрану. Они теряют краситель и принимают розовый дополнительный краситель. Наружная мембрана содержит эндотоксин (липополисахарид) и не пропускает многие антибиотики.
• Mycobacterium tuberculosis имеет восковую стенку и плохо окрашивается по Граму. Её выявляют кислотоустойчивой окраской (по Цилю–Нильсену).

Бактерии также различаются по потребности в кислороде. Облигатные аэробы нуждаются в нём, облигатные анаэробы погибают от него (например, Clostridium), а факультативные анаэробы растут как с ним, так и без него.

Бактерии размножаются бинарным делением: одна клетка делится на две. Некоторые, например Clostridium и Bacillus, образуют эндоспоры: прочные покоящиеся формы, переживающие нагрев, высушивание и спирт.

Многие бактерии выделяют экзотоксины — белки со специфическим действием. Столбнячный токсин вызывает мышечные спазмы; холерный токсин вызывает водянистую диарею.

Бактерии могут быть устойчивыми к антибиотикам, например вырабатывая фермент, разрушающий препарат (бета-лактамазу), выкачивая его (эффлюксные насосы) или изменяя его мишень. Гены устойчивости могут передаваться между бактериями.

3Как распространяются инфекции и как их остановить

Для инфекции нужна цепь инфекции. Разрыв любого звена останавливает её:

1. Возбудитель: сам патоген.
2. Резервуар: место, где он живёт, например человек, животное, вода или почва.
3. Выход из резервуара, например кашель, кровь или кал.
4. Путь передачи: контакт (руки), капли, аэрозольные частицы, пища и вода (фекально-оральный путь) или переносчик, например комар.
5. Вход в организм, например рот, рана или мочевой катетер.
6. Восприимчивый хозяин, например человек без иммунитета.

Инкубационный период — это время от заражения до первых симптомов. Болезнь, передающаяся от животных людям, — это зооноз. Базовое репродуктивное число R0 — это среднее число людей, которых заражает один случай в полностью восприимчивой популяции.

Гигиена рук — самая эффективная отдельная мера против распространения в больницах. Спиртовой антисептик не убивает споры, поэтому после контакта с Clostridioides difficile моют руки с мылом и водой.

Стерилизация убивает все микроорганизмы, включая споры, например в автоклаве паром под давлением при температуре около 121 °C. Дезинфекция уменьшает число микроорганизмов на предметах, но может оставить споры. Антисептика делает то же на коже или тканях.

Вакцины тренируют адаптивную иммунную систему. Они могут содержать живые ослабленные микробы (MMR), убитые микробы или их части либо мРНК, заставляющую клетки производить один вирусный белок.

4Как рассуждать над вопросом по микробиологии

Большинство вопросов описывают организм или пациента. Идите от строения к следствию:

1. Определите группу: бактерия, вирус, гриб, паразит или прион.
2. Для бактерий вспомните ключевые признаки: форму, результат по Граму, потребность в кислороде, споры, токсины.
3. Спросите, где организм живёт и как распространяется. Это подскажет, как его предотвратить.
4. Спросите, как он наносит вред: внедряясь в ткани, токсином или иммунной реакцией.
5. Пусть строение направляет лечение и контроль. Нет клеточной стенки — пенициллин не подействует; есть споры — спирта недостаточно.

5Разобранный пример

Следите за рассуждением. Попробуйте предсказать следующий шаг, прежде чем открыть его.

6Типичные ошибки

• Лечение вирусных инфекций антибиотиками. Антибиотики действуют только на бактерии.
• Перепутанные цвета по Граму. Грамположительные — фиолетовые; грамотрицательные — розовые.
• Путаница между эндотоксином (часть наружной мембраны грамотрицательных бактерий) и экзотоксинами (белки, выделяемые бактериями).
• Называть дезинфекцию стерилизацией. Только стерилизация надёжно убивает споры.
• Использование спиртового антисептика для рук против спорообразующих организмов, таких как C. difficile.
• Мнение, что человек не может распространять инфекцию в инкубационном периоде. При некоторых инфекциях может.

7Как выглядят экзаменационные задачи

• Лёгкая (ключевые термины и факты): определения и классические организмы. Что такое патоген или инкубационный период, какой организм вызывает малярию, в какой цвет окрашиваются грамположительные бактерии.
• Средняя (применение понятий): механизмы. Как работает устойчивость, почему действует вакцина или метод стерилизации, как токсин вызывает симптомы.
• Сложная (кейсы и анализ): пациент или классическое исследование. Вы определяете организм по анамнезу, объясняете, почему тест или лечение не срабатывают, или интерпретируете эксперименты, например Гриффита или Джона Сноу.

В сложных вопросах начинайте со строения организма. Стенка, оболочка, споры и токсины объясняют большинство симптомов, результатов тестов и выбора лечения.