Бактериография
Многие микроорганизмы в процессе жизнедеятельности вырабатывают пигменты, придающие культурам разнообразный цвет.
Вопрос 1. В одной из микробиологических лабораторий выделяли штаммы бактерий, образующих пигменты, из разных сред. Результаты исследований представлены в
таблице. Сравните распространенность окрашенных бактерий в разных средах. Объясните полученные результаты (исходя из того, что основным действующим фактором является свет). Предположите, к какому классу химических соединений относятся пигменты, придающие подобную окраску бактериям? (3 балла)
Больше пигмента образуется на свету, чем больше света – больше пигмента (1 балл) Пигмент - защита от света (УФ-лучей) (1 балл)
Каротиноиды (1 балл)
Вопрос 2. С помощью бактерий можно создавать цветные картины. Самым известным таким художником был Александр Флеминг. Он использовал штаммы бактерий, образующих пигменты, и составлял картины в чашке Петри. Мы рассмотрим один из вариантов рисования бактериями — бактериографию, в которой используется только один штамм бактерии для создания изображения. Давайте используем фотографический подход для создания бактериографии: чашку Петри засеем бактерией, а затем закроем ее прозрачной пленкой, на которой напечатана фотография Флеминга. Заштрихуйте области, которые будут более темными. Ответ поясните. (1 балл)
В местах, где свет проходит – лицо, колонии будут окрашиваться в оранжевый цвет, где черный – останутся белыми (1 балл) Должен быть как негатив
Вопрос 3. Художник и микробиолог Закари Копфер рисует портреты с помощью бактерии Serratia marcescens, которая постоянно продуцирует красный пигмент продигиозин. А просвечивает он пленку УФ-лучами. На рисунке вы видите портрет А.Энштейна, полученный Закари. Объясните, как получается такое изображение. (2 балла)
Где проходили УФ лучи, бактерии погибли и не растут/произошли мутации, нарушившие синтез пигмента, где не проходили, видим рост красных бактерий (2 балл)
Вопрос 4. Многие бактерии при утилизации различных сахаров в процессе жизнедеятельности изменяют кислотность окружающей среды. Назовите процесс, в результате которого это происходит? В какую сторону изменяется рН? Метаболическая активность бактерий часто используют для их идентификации. В таблице ниже представлен результат биохимического теста для бактерий Escherichia coli и Salmonella enterica (цвет среды, на которой выращивались бактерии, после добавления индикатора). Использовался индикатор нейтральный красный, изменяющий свой цвет от красного при рН=6.8 до янтарно-желтого при рН=8.4.
Проанализируйте результаты теста и ответьте на вопросы. Какие сахара из представленных в таблице может использовать Escherichia coli? Почему для разных бактерий мы видим разные результаты теста? Предложите, как можно создать бактериографию с помощью E.coli, если насыщать отдельные участки чашки Петри разными источниками углерода. (5 баллов)
Назовите процесс, в результате которого происходит изменение рН?
Гликолиз, брожение (1 балл)
В какую сторону будет проходить сдвиг рН?
Кислая (1 балл)
Какие сахара может использовать Escherichia coli?
Глюкозу, лактозу, мальтозу (1 балл)
Почему для разных бактерий мы видим разные результаты теста? Какое событие может к этому приводить?
Разные гены, разные приспособления (1 балл)
Как можно создать бактериографию с помощью Escherichia coli?
Использовать источники углерода, которые может использовать данная бактерия (1 балл)
Вопрос 5. Для получения окраски в чашке Петри можно добавлять в питательную среду хромофор (это молекула, которая поглощает свет с определенной длиной волны и в результате излучает цвет). Обычно это индолилхромофоры, которые присоединены к какому-либо углеводу с помощью бета-гликозидной связи. В случае, если такой субстрат проникает в бактерию, происходит его расщепление с помощью фермента бета-галактозидазы, выделяется бесцветный индолол. В присутствии кислорода он димеризуется с образованием пигмента индиго (или его модификаций). На рисунках ниже приведены схемы регуляции работы лактозного оперона некоторой бактерии. Этот оперон содержит ген бета-галактозидазы, а также ген пермеазы, отвечающей за транспорт бетагалактозидов в клетку. Ориентируясь на эти схемы, предложите несколько вариантов бактериографии, включающих в себя регуляцию работы лактозного оперона (в разные участки чашки Петри можно добавлять различные вещества). (14 баллов)
- субстрат
- ингибитор галактозидазы.
- индуктор (инактивировать репрессор)
- заблокировать синтез репрессора.
- разную концентрацию глюкозы/
- добавить цАМФ/
- активатор САР
- ингибитор пермеазы, чтобы субстрат не мог поступать в клетку.
Вопрос 6. Александр Флеминг использовал ампициллин для разграничения областей роста различных бактерий на своих бактериографиях. Однако, с того времени многие бактерии приобрели резистентность к ампициллину, за счет приобретения гена бета-лактамазы, которая разрушает структуру антибиотика. В современные препараты к ампициллину добавляют ингибитор бета-лактамазы (например, клавулановую кислоту).
Предположите механизм действия клавулановой кислоты на беталактамазу, исходя из анализа представленного графика зависимости скорости реакции гидролиза субстрата бета-лактамазы от концентрации субстрата (1 – без добавления клавулановой кислоты, 2 – с добавлением клавулановой кислоты).
Предположим, мы используем для бактериографии штамм, резистентный к ампициллину, но можем добавлять в чашку Петри клавулановую кислоту в разных концентрациях. Как следует провести бактериографию в данном случае? (4 балла)
Механизм действия клавулановой кислоты на бета-лактамазу
Конкурентное ингибирование, связывается с ферментом вместо субстрата, при увеличении концентрации субстрата, он вытесняет ингибитор (3 балл)
Как следует провести бактериографию с использованием клавулановой кислоты
При высокой концентрации бактерия расти не будет. (1 балл)
Вопрос 7. К сожалению, у бактерий достаточно часто случаются мутации, которые могут нарушить нашу бактериографию. Оцените, при каком из способов, которые мы рассматривали выше, художник с большей вероятностью столкнется с неудачной мутацией (предполагаем, что чем больше генов, кодирующих белки-участники, тем вероятнее будет происходить мутация, которая нарушит один из них)? (10 баллов)
