Штамм в микробиологии и вирусологии¶

Штамм — это чистая культура микроорганизмов или вирусов, выделенная из определённого источника (организма, объекта окружающей среды, образца) и обладающая устойчивым набором наследуемых признаков. Штамм представляет собой совокупность генетически однородных клеток одного вида, поддерживаемую в лабораторных условиях путём пересевов. Понятие применяется в микробиологии, вирусологии, медицине, биотехнологии и сельском хозяйстве.

¶Общая характеристика

Штамм не является таксономической единицей: он стоит ниже вида и подвида в иерархии классификации. Один и тот же вид бактерий может включать тысячи штаммов, различающихся по биохимическим свойствам, вирулентности, чувствительности к антибиотикам, антигенной структуре. Например, у кишечной палочки (Escherichia coli) описаны как безвредные лабораторные штаммы, так и патогенные варианты, вызывающие кишечные заболевания.

Название штамма обычно включает видовое имя и буквенно-цифровое обозначение: E. coli K-12, Mycobacterium tuberculosis H37Rv, вирус гриппа A/PR/8/34. Обозначение отражает лабораторию, место или год выделения, реже — фамилию исследователя.

¶Происхождение и история понятия

Практика выделения чистых культур возникла во второй половине XIX века. Немецкий бактериолог Роберт Кох в 1881 году предложил метод выращивания микроорганизмов на плотных питательных средах, что позволило получать изолированные колонии. Французский учёный Луи Пастер разработал принципы ослабления (аттенуации) возбудителей для получения вакцин. Оба подхода заложили основу работы со штаммами.

Термин закрепился в первой половине XX века, когда развитие генетики микроорганизмов потребовало различать генетически различные линии одного вида. В 1920-е годы работы американского генетика Томаса Ханта Моргана и его школы, а позднее исследования по бактериальной генетике (в том числе опыты с E. coli K-12) сделали штамм базовым объектом лабораторных исследований.

¶Классификация

Штаммы различают по ряду критериев:

• По происхождению: клинические (выделенные от пациентов), природные (из почвы, воды, растений), производственные (используемые в промышленности), музейные (эталонные, хранящиеся в коллекциях).
• По патогенности: вирулентные, аттенуированные (ослабленные), непатогенные.
• По назначению: вакцинные, диагностические, продуценты биологически активных веществ.
• По генетическим свойствам: дикие (природные), мутантные, рекомбинантные.

Эталонные штаммы депонируются в международных коллекциях, например в Американской коллекции типовых культур (ATCC) или в Всероссийской коллекции промышленных микроорганизмов.

¶Получение и поддержание

Выделение штамма включает посев материала на питательную среду, получение изолированных колоний и их пересев для накопления чистой культуры. Идентификацию проводят по морфологическим, биохимическим, серологическим и молекулярно-генетическим признакам.

Поддержание штамма требует регулярных пересевов, лиофилизации или хранения при низких температурах. Длительное культивирование ведёт к накоплению мутаций и изменению свойств, поэтому в коллекциях используют криоконсервацию.

¶Применение

¶Медицина и эпидемиология

Определение штамма возбудителя необходимо для эпидемиологического расследования вспышек инфекций. Методы секвенирования генома позволяют установить родство изолятов и проследить пути распространения возбудителя. Вакцинные штаммы (например, штамм БЦЖ для профилактики туберкулёза, штаммы вируса гриппа для сезонных вакцин) служат основой иммунопрофилактики.

¶Промышленная биотехнология

Штаммы-продуценты используются для получения антибиотиков (пенициллин, стрептомицин), аминокислот, ферментов, витаминов, органических кислот. Путём селекции и генетической модификации создают высокопродуктивные варианты, например штаммы Penicillium chrysogenum для синтеза пенициллина.

¶Сельское хозяйство

В растениеводстве применяют штаммы азотфиксирующих бактерий и микроорганизмов-антагонистов для биологических удобрений и защиты растений. В животноводстве используют пробиотические штаммы.

¶Научные исследования

Лабораторные штаммы — стандартный объект молекулярной биологии и генетики. На штаммах E. coli и дрожжей Saccharomyces cerevisiae изучают механизмы репликации, транскрипции, регуляции генов.

¶Штаммы вирусов

Для вирусов понятие штамма имеет особенности: из-за высокой изменчивости (особенно у РНК-содержащих вирусов) границы между штаммами менее чёткие. Различают штаммы, варианты и линии. Так, у вируса гриппа выделяют штаммы по антигенной формуле поверхностных белков, а у коронавируса SARS-CoV-2 в ходе пандемии 2020–2023 годов описывали генетические линии и варианты.

¶Правовое и биобезопасное регулирование

Работа с патогенными штаммами регулируется в России санитарным законодательством и нормами биобезопасности. Микроорганизмы разделены на группы патогенности; деятельность с особо опасными штаммами допускается только в специализированных лабораториях. Коллекции патогенных микроорганизмов подлежат государственному учёту.

¶Значение

Штамм — ключевое понятие микробиологии, обеспечивающее воспроизводимость исследований и практическое использование микроорганизмов. Стандартизация штаммов позволяет сравнивать результаты разных лабораторий, разрабатывать вакцины, лекарства и промышленные технологии.

Источники: учебники по микробиологии и вирусологии, материалы международных коллекций микроорганизмов, нормативные документы по биобезопасности, научные публикации по бактериальной генетике.