На этапе своего становления, то есть в XVII-XVIII столетиях, микробиология развивалась таким образом, что все найденные организмы описывались без введения какой-либо логичной классификации. В тот период времени микроорганизмы микробиология описывала морфологическим способом. Существенные изменения произошли в XIX столетии. К этому моменту ученые накопили довольно объемную базу знаний, а также нашли большое разнообразие микроорганизмов, грибов. Чтобы как-то ориентироваться в этом обилии информации, потребовалась логичная структура. Таковая была предложена в 1923 году, когда издали определитель бактерий. Это была первая международная работа, ставшая базовой для развития науки микробиологии.
Основные положения
Единая классификация официально была введена на международном уровне в 1980 году. Она основана на разработанной Берги системе. Ключевые ступени: царство, класс, порядок, семейство, род, вид. Последний - это самый значимый для системы деления на классы уровень. Он объединяет организмы, имеющие ряд сходств: морфология, происхождение, физиология. Кроме того, анализируются особенности обмена веществ. Если он оказывается в высокой степени сходен, тогда микроорганизмы можно объединить в вид.
Виды микроорганизмов можно подразделить на две категории:
- эукариоты;
- прокариоты.
Вторая группа включает в себя бактерии, то есть организмы, лишенные оформленного ядра. ДНК включает в себя все данные, необходимые для нормального наследования признаков. Молекула ДНК находится в клеточной цитоплазме.
Уровнем ниже
Вид - это не самый низкий уровень классификации микроорганизмов. Внутри него существуют:
- морфовары, которым свойственна особенная морфология микроорганизмов;
- биовары, которые отличаются биологией;
- хемовары, которым свойственна немного иная активность ферментов;
- серовары, выделяемые в группы в зависимости от антигенной структуры;
- фаговары, классификация которых основана на восприимчивости фагов.
Все учтено и записано
Чтобы классификации микроорганизмов по биологическим группам была стандартизированной, на международном уровне ввели систему обозначений для разных групп. В основу положена идея бинарности, то есть применяется двойная номенклатура. Название начинается с имени рода - это слово всегда пишут с заглавной буквы. А вот второе слово начинают с маленькой, оно описывает принадлежность к виду. Например: Staphylococcus aureus.
Микробиологи-медики: чему уделим особенное внимание?
Традиционно патогенные микроорганизмы - тема, которая привлекает медиков, занимающихся микробиологией. В фокусе внимания различные представители - вирусы, бактерии, хламидии и другие. Микробы преимущество для человеческого глаза неразличимы, и, чтобы разглядеть их, нужно применять специальную технику - микроскопы, многократно увеличивающие исследуемый объект.
Интересные для медицины и науки патогенные микроорганизмы включают в себя неклеточные вирусы и такие микроскопические формы жизни, которые состоят из большого числа клеток. Это различные опасные для человека (и не только) грибы, хламидобактерии, водоросли.
Базовые термины: бактерии
Что такое микроорганизмы? Для разных категорий есть разные объяснения, позволяющие разобраться, что собой представляет заинтересовавшая группа форм жизни. Например, бактериями принято именовать такие организмы, в состав которых входит лишь одна клетка. Особенность бактерий - отсутствие хлорофилла. Классификация микроорганизмов этой группы - прокариоты. Некоторые бактерии всего лишь 0,1 микрометра, но некоторые достигают 28 микрометров. Формы этих организмов зависят от среды обитания. Она определяет размеры.
Все известные науке бактерии принято делить на группы:
- кокки (шары);
- палочки (бациллы, клостридии);
- нити (хламидобактерии);
- вьющиеся (спириллы и т. д.).
Классификации микроорганизмов: подробнее
Коккам характерна форма сферы, эллипса, боба, шара. Также встречается форма ланцета. Виды микроорганизмов этой группы: дипло-, микро-, стрепто-, тетра-, стафилококки, сарцины.
Микрококкам свойственна хаотичность клеток, но это условие не обязательно: встречают такие, в состав которых входит лишь одна или две клетки. Все эти микроорганизмы считаются сапрофитами. Их среда обитания - воздух, вода.
Диплококки при делении формируют парные кокки. Типичный представитель - провоцирующий менингит менингококк, а также источник гонореи гонококк. Как и диплококки, в одной плоскости могут делиться витые стрептококки, но их особенность - наличие разноразмерных цепочек. Эти микробы и бактерии опасны, возбуждают разнообразные заболевания, даже приводящие к летальному исходу.
А что еще есть?
Что такое микроорганизмы-тетракокки? Уже само название говорит об отличительной черте таких форм жизни: тетра на латыни означает «четыре». Такие микроорганизмы способны делиться в плоскостях, перпендикулярных друг относительно друга. Для человека они относительно безопасны: пока известно мало заболеваний, провоцируемых тетракокками.
Известны кокки сардины. Им свойственно деление в трех плоскостях, перпендикулярных относительно друг друга. Визуально организмы похожи на тюки. В их составе обычно 8-16 клеток. Среди обитания этих микроорганизмов - воздух. Провоцируемые ими человеческие болезни науке не известны, поэтому на текущий момент считается, что их не существует.
А вот значение микроорганизмов-стафилококков учеными было открыто довольно давно - они провоцируют кожные болезни, поражающие не только человека, но и различных животных. Визуально организмы подобны гроздям. Деление доступно в разных плоскостях. Обычно обитают скоплениями, форма - хаотическая.
Палочки
По классификации микроорганизмов к этой группе принадлежат бактерии, бациллы, клостридии. Обычный размер - 1-6 мкм длиной, 0,5-2 мкм шириной. Палочки-бактерии спор не формируют. Известны опасные формы: кишечная, туберкулезная, дифтерийная и прочие. Бациллы, клостридии - микробы, создающие споры. Они провоцируют разнообразные опасные (даже смертельные) инфекции: сибирская язва, сенная лихорадка, столбняк.
Выделяют короткие палочки, длинные, а также с разными концами: круглыми, острыми. Описание морфологии микроорганизмов предполагает изучение взаимного расположения. Этот параметр стал основой разделения на три группы:
- попарное расположение;
- бессистемные;
- стрептобациллы, стрептобактерии.
Первые провоцируют пневмонию, вторая группа вызывает очень большой спектр болезней, а третья - сибирскую язву, мягкий шанкр.
Реже можно наблюдать бактерии, на концах которых есть утолщение, напоминающее формой булаву. Действующая классификация микроорганизмов предполагает отнесение их к палочкам. Отличительная особенность этой группы - палочка может спровоцировать дифтерию, а ряд подвидов - лепру, туберкулёз.
Витые микроорганизмы
Вибрионы, принадлежащие к этой группе, изгибаются на 14 витков и по форме похожи на символ «,». К ним причисляют широко распространённые вибрионы: холерный, водный. Спириллы, относящиеся к витым микроорганизмам, отличаются изгибом в один либо несколько витков. Наука знает лишь один опасный человеку вид - он провоцирует содоку. Это заболевание можно получить, если укусит грызун (например, крыса).
Спирохеты представляют собой похожие на штопор микроорганизмы длиной 0,3-1,5 мкм, шириной 7-500 мкм. Сюда причисляют сапрофитов, некоторые другие опасные виды. Питательные среды микроорганизмов - грязные воды, мертвые массы. Известны три вида, провоцирующие болезни у человека: бореллия, лептоспира, трепонема.
Общие особенности витых микроорганизмов
Все описанные выше группы полиморфны. Это означает, что внешняя среда определяет форму, размер. Значимыми являются:
- температура;
- влияние лекарственных препаратов;
- наличие дезинфекции.
Лабораторное диагностирование обязывает учитывать способность бактерий меняться. Также эти особенности влияют на разработку, производство препаратов, используемых в профилактике и лечении заболеваний.
Не убежать
Академик Омельянский однажды написал, что микробы невидимы, но они всегда рядом с человеком, как друзья и враги. Эти микроскопические формы жизни наполняют воздух, почву, воду, находятся в человеческом теле, в любом животном. Некоторые могут использоваться с пользой для человека, что особенно актуально для пищевой промышленности, но многие смертельно опасны, так как провоцируют болезни. Именно из-за микробов может портиться еда.
Впервые микробы были обнаружены в XVII столетии, когда удалось сконструировать линзы с 200-кратным увеличением. Микромир поразил ученого, впервые увидевшего его, - голландца Левенгука. Спустя некоторое время исследования были продолжены Пастером, выявившим специфику жизнедеятельности микроскопической жизни. Например, удалось объяснить брожение спирта, некоторых человеческих заболеваний. Тогда впервые была изобретена вакцина. Первыми болезнями, побежденными таким методом, стали сибирская язва, бешенство.
Отличительные особенности: микробы
К этой группе относят организмы (большей частью состоящие из одной клетки), увидеть которые можно лишь при большом увеличении. Размеры большей части известных науке микробов - в границах от тысячной доли миллиметра до тысячной доли микрометра. Видов этой формы жизни - огромное количество. Разные микробы могут существовать в разных средах. Выделяют категории:
- бактерии;
- фаги;
- грибы;
- дрожжи;
- вирусы.
Также существует классификация:
- микоплазмы;
- риккетсии;
- протозои.
Микроскопическая жизнь: образование спор
Процесс непростой, споры совсем не такие, как клетка бактерии. Споры защищены плотной оболочкой, внутри которой - небольшой объём жидкости. Спора не нуждается в питательном веществе, замирают процессы размножения. Такая форма жизни существует долгое время в самых неприятных условиях: минусовых температурах, в жаре или высушивании. Некоторые споры жизнеспособны десятилетиями, веками. Такими опасными считаются микроорганизмы, провоцирующие столбняк, сибирскую язву и ботулизм. Как только среда становится комфортной для существования, спора разрастается и начинает размножаться.
Бактерии: строение
Обычная клетка бактерии состоит из оболочки и слизистого покрытия, зачастую формирующего капсулу. Внутри - цитоплазма, защищенная мембраной. Цитоплазма - не имеющий цвета белок в коллоидной форме. Внутри цитоплазмы - рибосомы, ядро, ДНК. Здесь клетка запасает питательные компоненты.
Существуют способные двигаться бактерии. Для этого природа наделила их тонкими нитями, называемыми жгутиками. Жгуты вращаются, что проталкивает бактерию на новое место обитания. У некоторых это пучки, у других одиночные ниточки. Есть бактерии, у которых жгуты расположены по всей поверхности. Чаще всего жгуты наблюдаются у палочек, витых форм. А вот кокки жгутиков в основной массе лишены, поэтому этот вид микроскопической жизни неподвижен.
Размножение - деление. Некоторые делятся каждые 15 минут, поэтому рост колонии стремителен. Чаще всего это наблюдается в пище, обогащенных питательными компонентами веществах.
Это довольно специфическая, ни на что не похожая группа микроскопической жизни. Известные науке вирусы имеют размер от 8 до 150 нм. Разглядывают их лишь через систему современного увеличения - электронный микроскоп. В составе некоторых - белок, кислота. Микроскопические организмы провоцируют многие заболевания, среди них - корь, гепатит. Поражают животных, инициируя чуму, иные нарушения, включая очень опасный ящур.
Известные науке вирусы бактерий обозначают термином «бактериофаги», а вот против грибов работают «микофаги». Первых можно найти везде, где встречается микроскопическая жизнь. Они провоцируют гибель микроба, поэтому используются в лечебных, профилактических целях, эффективны при инфекциях.
Риккетсии и грибы
Грибы - это тоже очень интересная группа микроорганизмов. Их особенность - отсутствие хлорофилла. Такая форма жизни не способна продуцировать органику, но нуждается в ней, чтобы существовать. Это определяет субстраты, на которых могут выживать грибы: среда должна быть богата питательными компонентами. Грибы поражают человека, провоцируют болезни насекомых, животных, даже растений. Именно они взывают самые неприятные болезни привычной нам картошки - рак, фитофтору.
Грибные клетки состоят из вакуоли, ядра. Визуально сходны с клетками растений. Форма: длинные ветви. Клетка состоит из сплетенных меж собой ниточек, именуемых учеными гифами. Гифы - строительный материал для грибницы, состоящей из клеток (с 1-2 ядрами). Впрочем, известны мицелии, представляющие собой одну клетку с большим количеством ядер. Такие называются неклеточными. Грибница - база для роста плодового тела. Впрочем, известны такие грибы, которые состоят из одной клетки и не нуждаются в мицелии.
Грибы: особенности
Науке известны разные способы размножения грибов. Один из них - деление гиф, то есть вегетативный метод. Преимущественно грибы размножаются спорами, причем деление бывает половым, бесполым. Споры могут выживать в самых агрессивных средах столетиями. Спелые споры перед прорастанием «путешествуют» на большие расстояния, используя носителей. Как только спора оказывается в богатой питательными компонентами среде, она прорастает, появляются нити, мицелий.
Многие известные науке грибы принадлежат к категории плесневых. В естественных условиях встречаются в самых разных местах. Особенно охотно микроорганизмы прорастают на пище. Разглядеть их несложно - появляется цветной налет. Наиболее часто в быту человек сталкивается с мукоровыми грибами, формирующими белую, довольно пушистую массу. Если овощи покрылись «мягкой» гнилью, вероятно, здесь появился ризопус. А вот если тонкая пленка на грушах, яблоках, тогда причина, вероятно, в ботритисе. Довольно часто плесень провоцируется микроорганизмами пенициллиум.
Опасность и польза
Грибы не просто портят продукты, но отравляют. На это способны микроорганизмы, продуцирующие микотоксины: фузариум, аспергиллус.
Впрочем, известны полезные человеку грибы. Они довольно широко используются в изготовлении лекарства, продуктов питания. Так, пенициллиум незаменим при изготовлении пенициллина - антибиотика, используемого при широком спектре заболеваний. Не обойтись без него и при изготовлении благородных, дорогих сыров - рокфор, камамбер. Аспергиллус необходим для ферментных средств, применяется при изготовлении лимонной кислоты.
Бактерии-грибы
Еще одна интересная группа микроскопических организмов, обнаруженная учеными - это актиномицеты. Они обладают некоторыми свойствами грибов, но в то же время имеют признаки бактерий. С первыми их связывает метод размножения, наличие грибницы, гифов. Общие черты с бактериями - особенность строения, биохимия.
Дрожжи
Наконец, дрожжи - это такие микроскопические организмы, которые состоят из одной клетки. Дрожжи не могут двигаться, разрастаются до 10-15 мкм. Преимущественно они овальные, круглые, но встречаются и в форме палочек, серпов. Изредка даже попадаются сходные по форме с лимонами. Клеточное строение сходно со свойственным грибам, есть вакуоль, ядро. Дрожжи делятся, образуют споры, размножаются почкованием.
В природных условиях встречается большое разнообразие дрожжей. Они живут на растениях, есть в почве, пище, отходах - везде, где есть сахар. В пище дрожжи вызывают порчу, так как продукты киснут, начинают бродить. Есть и такие формы, которые продуцируют углекислый газ, спирт из сахара. Они активно применяются человеком уже долгое время для изготовления спиртных напитков. Есть и опасные для здоровья человека виды дрожжей - такие провоцируют кандидоз. И по сей день борьба с пободными грибками представляет собой большую сложность, а кандидоз в некоторых формах может приводить даже к летальному исходу (например, системный).
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» (ПГУ)
МЕДИЦИНСКИЙ ИНСТИТУТ
РАБОЧАЯ ТЕТРАДЬ ПО МИКРОБИОЛОГИИ
Часть 1
Общая микробиология
Н.Н. Митрофанова
В.Л. Мельников
Методическое пособие «Рабочая тетрадь по микробиологии» составлено в соответствии с программой для студентов 2 курса специальности «Стоматология» по микробиологии, вирусологии 2011 г.
Подготовлено на кафедре микробиологии, эпидемиологии и инфекционных болезней медицинского института ПГУ.
В пособии представлена методика проведения практических работ по микробиологии для студентов медицинских вузов.
Занятие № 1 Дата______________
Тема: БАКТЕРИОЛОГИЧЕСКАЯ ЛАБОРАТОРИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ РАБОЧЕГО МЕСТА. ПРАВИЛА РАБОТЫ И ПОВЕДЕНИЯ В ЛАБОРАТОРИИ. ВИДЫ МИКРОСКОПОВ. МЕТОДЫ МИКРОСКОПИИ. МОРФОЛОГИЯ БАКТЕРИЙ, ИЗУЧЕНИЕ ОСНОВНЫХ ФОРМ БАКТЕРИЙ. МЕТОДЫ ОКРАСКИ БАКТЕРИЙ.
Цель: Выучить и научиться выполнять правила противоэпидемического режима и техники безопасности в бактериологической лаборатории. Научиться готовить фиксированный препарат, окрашивать его простым методом и изучать при помощи иммерсионного микроскопа. Познакомиться с методами прижизненного изучения морфологии микроорганизмов.
Основные вопросы, разбираемые на занятии:
1. Предмет и задачи медицинской микробиологии
2. История развития микробиологии.
3. Основные принципы классификации микроорганизмов.
4. Оснащение и режим работы бактериологической лаборатории
5. Типы микроскопов и методы микроскопии
6. Строение механической и оптической части микроскопа.
7. Особенности морфологии бактерий
8. Особенности морфологии грибов, актиномицетов, риккетсий, спирохет, микоплазм и хламидий
9. Понятие о простых и сложных методах окраски..
10. Принципы классификации микроорганизмов.
БАКТЕРИОЛОГИЧЕСКАЯ ЛАБОРАТОРИЯ
Лаборатория - _____________________________________________________
ПБА - _____________________________________________________________ ____________________________________________________________________
Требования, предъявляемые к бактериологическим лабораториям:
5_________________________________________________________________
Группы возбудителей инфекционных заболеваний:
1_________________________________________________________________
2_________________________________________________________________
3_________________________________________________________________
4_________________________________________________________________
Оборудование бактериологической лаборатории
| Название | Назначение |
ТИПЫ МИКРОСКОПОВ.
Разрешающая способность объектива (Z) - _____________________________ ____________________________________________________________________
Формула Аббе
где λ - длина волны источника излучения, используемого для освещения препарата;
п - показатель преломления среды между объектом и фронтальной линзой объектива;
и - отверстный угол, образуемый крайними лучами, попадающими в объектив.
Числовая апертура объектива - _______________________________________
__________________________________________________________________
Увеличительная способность микроскопа -_____________________________
__________________________________________________________________
Иммерсионный микроскоп.
Иммерсионный микроскоп отличается от обычного светового микроскопа -
____________________________________________________________________
Иммерсионное масло необходимо для ____________________________________
Конденсор Аббе необходим для _________________________________________
Темнопольный микроскоп.
Темнопольный микроскоп отличается от обычного светового микроскопа___
Фазово-контрастный микроскоп.
Принцип работы_____________________________________________________ ______________________________________________________________________
Фазово-контрастный микроскоп микроскоп отличается от обычного светового микроскопа
Люминесцентный микроскоп.
Принцип работы____________________________________________________ ______________________________________________________________________
Люминесцентный микроскоп микроскоп отличается от обычного светового микроскопа
______________________________________________________________________
Вывод (области применения разных типов микроскопов)
_____________________________
Морфология бактерий - размер, форма и взаимное расположение бактериальных клеток.
Этапы приготовления фиксированного мазка
· Подготовка стекла
· Приготовление мазка
· Высушивание
· Фиксация
Простые методы окраски - методы, основанные на применении одного красителя.
Окраска препарата простым способом.
1_________________________________________________________________
а) Кокки . В процессе деления новые молодые клетки могут образовывать специфические скопления. По взаимному расположению клеток после деления кокки подразделяются на следующие морфологические группы (рис. 2.1):
1 – монококки – клетки располагающиеся по одной, изолированно друг от друга (Micrococcus roseus);
2 – диплококки, или парные кокки, – клетки, располагающиеся попарно или в коротких (4-6) цепочках (Leuconostoc mesenterioides, Neisseria gonorrhoeae);
3 – стрептококки – соединение отдельных кокков в виде цепочек (Streptococcus lactis);
4 – сарцины - группа кокков, клетки которых образуют плотно упакованные угловатые скопления, напоминающие кубики или перевязанные тюки (Sarcina flava, Sarcina ureae);
5 – стафилококки - неоформленные скопления кокков, (Staphilococcus aureus, Staph. epidermidis).
Однако среди кокков встречаются такие, которые не имеют форму правильных шаров. Так, возбудитель гонорреи имеет бобовидную форму, возбудитель скисания пива – Leuconostoc mesenterioides – вытянутую форму. Кроме того, необходимо отметить, что форма клеток многих бактерий может меняться в зависимости от их физиологического состояния.
 | |||||||||
Рис. 2.1. Бактерии. Шаровидные формы.
1 - микрококки; 2 - диплококки; 3 - стрептококки; 4 - сарцины;
5 - стафилококки.
б) Палочки. К. этой группе относятся микробы, имеющие форму цилиндрических клеток. Некоторые из них образуют эндоспоры (p. Bacillus, p. Clostridium ) и иногда в обиходе называются бациллами, не образующие эндоспор (p. Salmonella, p. Pseudomonas и др.) – бактериями. Палочки, подобно коккам, могут давать различные сочетания:
Рис. 2.2. Бактнрии палочктвидной формы.
Палочки, соединенные по две, носят название диплобацилл, или диплобактерий;
Палочки, соединенные в цепочку, образуют стрептобациллы, или
Стрептобактерии (рис.2.2).
У одних палочек концы закругленные, у других– прямые, у третьих –заостренные.
в) К третьей группе относятся бактерии, извитые в виде спирали. Среди них различают палочки, слегка изогнутые в виде запятой - вибрионы; спирально извитые микроорганизмы -спириллы и спирохеты (рис.2.3).
 |
Рис. 2.3. Извитые формы.
1 - вибрион; 2 - спирилла; 3 - спирохеты
Размеры клеток
Размеры клетки определяют под микроскопом c помощью окулярной линейки (микрометра). У кокков измеряют диаметр, у других форм - длину и ширину клетки. Результаты измерений выражают в микрометрах (мкм). Для измерения лучше использовать живые, а не фиксированные клетки, так как фиксация и окраска может несколько изменить их размеры. Если клетки подвижны, препарат слегка подогревают или к капле исследуемой суспензии добавляют каплю 0,1%-ного водного раствора агар-агара.
В окуляр микроскопа вставляют окулярную линейку. Для этого вывинчивают глазную линзу окуляра, помещают на его диафрагму окулярную линейку и завинчивают линзу вновь. На столик микроскопа кладут препарат, фокусируют объект и определяют, скольким делениям линейки соответствует длина и ширина клетки при данном увеличении микроскопа. Чтобы результат был достоверным, измеряют не менее 10-20 клеток. Результаты вносят в таблицу.
Однако делениями окуляр-микрометра нельзя непосредственно измерить клетку, так как цена деления окулярной линейки зависит от используемого в каждом случае объектива. Поэтому необходимо определить цену деления окулярного микрометра для данного увеличения микроскопа и выразить ее в микрометрах. Это делают с помощью объективного микрометра.
Объективный микрометр (рис.) представляет собой металлическую пластинку с отверстием в центре, в которое вставлено стекло. На стекло нанесена линейка длиной 1 мм, которая разделена точно на 100 частей, так что одно деление ее соответствует 0,01 мм или 10 мкм.
Для определения цены деления окулярной линейки на столик микроскопа вместо препарата помещают объективный микрометр и вначале при малом увеличении фокусируют изображение линейки. Затем перемещают линейку объект-микрометра в центр поля зрения и только после этого меняют объектив на тот, при котором измеряли клетки. Перемещая столик микроскопа и поворачивая окуляр, устанавливают микрометры так, чтобы их шкалы были параллельны и одна перекрывала другую. Совмещают одно из делений шкалы окулярного и объективного микрометров и находят следующее их совмещение. Устанавливают, какую часть деления объективного микрометра составляет одно деление окулярной линейки, и умножают полученное число на 10. Таким образом, получают цену деления окулярного микрометра в микрометрах для данного увеличения микроскопа. Например, в два деления объективного микрометра, т. е. в 20 мкм, укладывается 9 делений окулярного микрометра, следовательно, одно деление окуляр-микрометра при данном увеличении микроскопа соответствует 2,22 мкм (рис. 2.4).
Зная, скольким делениям окулярной линейки соответствует длина и ширина изучаемого объекта, умножают цену деления окуляр-микрометра на эти числа. Полученные числа (длину и ширину клетки в мкм) вносят в таблицу.
 |
Рис. 2.4. Объект-микрометр – а. Совмещение шкал окулярной линейки и шкалы объект-микрометра.
При сложных методах окраски микробов на один и тот же препарат воздействуют несколькими растворами. К сложным методам относится окраска по Граму, Циль-Нильсену, по Нейссеру и т. д. Используя такие методы окраски можно выявлять различные свойства бактерий. Окраска методом Грама позволяет дифференцировать бактерии с разным строением клеточной стенки.
Вопрос 1. Основы микробиологии. Классификация микроорганизмов
1. Основы микробиологии
Микробиология как самостоятельная наука , имеющая свои объекты и методы исследования, сформировалась во второй половине 19 века благодаря работам Пастера, Коха, Эрлиха, Мечникова, Ру и др., но и в настоящее время, также как и тесно связанные с ней, биотехнология и генная инженерия , постоянно и интенсивно развивается.
Зародившись, как наука о возбудителях болезней , т. е. как отрасль медицины, к настоящему времени в зависимости от решаемых задач делится на :
Промышленную;
Сельскохозяйственную;
Ветеринарную;
Санитарную;
Медицинскую микробиологию.
Предметом изучения медицинской микробиологии являются микроорганизмы – представители нормальной микрофлоры тела человека и возбудители различных заболеваний человека , а также методы лабораторной диагностики, специфической профилактики и этиотропной терапии вызываемых ими заболеваний.
2. Классификация (систематика) микроорганизмов
Микроорганизмы – это организмы, невидимые невооруженным глазом из-за их незначительных размеров. Этот критерий – единственный, который их объединяет. В остальном мир микроорганизмов еще более разнообразен, чем мир макроорганизмов. Согласно современной систематике, микроорганизмы относятся к трем царствам:
Vira – к ним относятся вирусы;
Eucariotae – к ним относятся простейшие и грибы;
Procariotae – к ним относятся истинные бактерии, риккетсии, хламидии, микоплазмы, спирохеты, актиномицеты.
Основные отличия прокариот от эукариот состоят в том, что прокариоты не имеют :
Морфологически оформленного ядра (нет ядерной мембраны и отсутствует ядрышко ), его эквивалентом является нуклеоид , или генофор , представляющий собой замкнутую кольцевую двунитевую молекулу ДНК , прикрепленную в одной точке к цитоплазматической мембране; по аналогии с эукариотами эту молекулу называют хромосомной бактерией;
сетчатого аппарата Гольджи ;
эндоплазматической сети ;
митохондрий .
Имеется также ряд признаков или органелл , характерных для многих, но не для всех прокариот, которые позволяют отличать их от эукариотов :
Многочисленные инвагинации цитоплазматической мембраны , которые называются мезосомы , они связаны с нуклеоидом и участвуют в делении клетки, спорообразовании , и дыхании бактериальной клетки ;
Специфический компонент клеточной стенки – муреин , по химической структуре – это пептидогликан (диаминопиеминовая кислота);
плазмиды – автономно реплицирующиеся кольцевидные молекулы двунитевой ДНК с меньшей, чем хромосома бактерий молекулярной массой. Они находятся наряду с нуклеоидом в цитоплазме, хотя могут быть и интегрированы в него, и несут наследственную информацию , не являющуюся жизненно необходимой для микробной клетки, но обеспечивающую ей те или иные селективные преимущества в окружающей среде . Наиболее известны плазмиды :
– (F-плазмиды ), обеспечивающие конъюгационный перенос между бактериями;
– (R-плазмиды ) – плазмиды лекарственной устойчивости, обеспечивающие циркуляцию среди бактерий генов, детерминирующих устойчивость к используемым для лечения различных заболеваний химиотерапевтическим средствам.
Также как для растений и животных, для названия микроорганизмов применяется бинарная номенклатура , – то есть родовое и видовое название , но если видовую принадлежность исследователям определить не удается и определена только принадлежность к роду, то употребляется термин «species». Чаще всего это имеет место при идентификации микроорганизмов имеющих нетрадиционные пищевые потребности или условия существования.
Название рода обычно или основано на морфологическом признаке соответствующего микроорганизма (например, Staphylococcus, Vibrio, Mycobacterium) либо являются производными от фамилии автора, который открыл или изучил данный возбудитель (например, Neisseria, Shigella, Escherichia, Rickettsia, Gardnerella).
Видовое название часто связано с наименованием основного вызываемого этим микроорганизмом заболевания (например, Vibrio cholerae – холеры, Shigella dysenteriae – дизентерии, Mycobacterium tuberculosis – туберкулеза) или с основным местом обитания (например, Escherihia coli – кишечная палочка).
Кроме того, в русскоязычной медицинской литературе возможно использование соответствующего русифицированного названия бактерий (например, вместо Staphylococcus epidermidis – эпидермальный стафилококк; Staphylococcus aureus – золотистый стафилококк и т. д.).
Царство прокариот включает в себя отдел цианобактерий и отдел эубактерий , который, в свою очередь, подразделяется на порядки :
Собственно бактерии (отделы Gracilicutes, Firmicutes, Tenericutes, Mendosicutes);
Актиномицетов;
Спирохет;
Риккетсий;
Хламидий.
Бактерии – это прокариотические , преимущественно одноклеточные микроорганизмы , которые могут также образовывать ассоциации (группы) сходных клеток , характеризующиеся клеточными , но не организменными сходствами.
Порядки подразделяются на группы . Основными таксономическими критериями , позволяющими отнести штаммы бактерий к той или иной группе, являются :
Морфология микробных клеток (кокки, палочки, извитые);
Отношение к окраске по Граму – тинкториальные свойства (грамположительные и грамотрицательные);
Тип биологического окисления – аэробы, факультативные анаэробы, облигатные анаэробы;
Способность к спорообразованию.
Дальнейшая дифференциация групп на семейства, рода и виды , которые являются основной таксономической категорией , проводится на основании изучения биохимических свойст в. Этот принцип положен в основу классификации бактерий, приведенной в специальных руководствах – определителях бактерий .
Вид является эволюционно сложившейся совокупностью особей, имеющих единый генотип , который в стандартных условиях проявляется сходными морфологическими, физиологическими, биохимическими признаками . Для патогенных бактерий определение «вид» дополняется способностью вызывать определенные нозологические формы заболеваний. Существует внутривидовая дифференцировка бактерий на варианты :
По биологическим свойствам (биовары или биотипы);
По биохимической активности (ферментовары);
По антигенному строению (серовары или серотипы);
По чувствительности к бактериофагам (фаговары или фаготипы);
По устойчивости к антибиотикам (резистентовары).
В микробиологии широко применяют специальные термины – культура, штамм, клон.
Культура – это видимая глазом совокупность бактерий на питательных средах . Культуры могут быть чистыми () и смешанными (совокупность бактерий двух или более видов ).
Штамм – это совокупность бактерий одного вида , выделенных из разных источников или из одного источника в разное время . Штаммы могут различаться по некоторым признакам, не выходящим за пределы характеристики вида.
Клон – это совокупность бактерий, являющихся потомством одной клетки .
Вопрос 2. Особенности морфологии микроорганизмов
1. Основные морфологические формы бактерий
Среди основных морфологических форм бактерий различают :
шаровидные (кокковые ), которые по характеру взаиморасположения делятся на :
– микрококки (отдельное изолированное расположение);
– диплококки (сцепленные попарно);
– тетракокки (сцепленные по четыре);
– стрептококки (сцепленные в цепочку);
– сарцины (сцепленные в пакеты по 8, 12, 16 и т. д.);
– стафилококки (сцепленные беспорядочно в виде виноградной грозди);
палочковидные , которые различаются:
по форме :
– правильная (энтеробактерии, псевдомонады);
– неправильная (коринебактерии).
по размеру :
– мелкие (бруцеллы, бордетеллы);
– средние (бактероиды, кишечная палочка);
– крупные (бациллы, клостридии);
по форме концов
– обрубленные (бациллы);
– закругленные (сальмонеллы, псевдомонады);
– заостренные (фузобактерии);
– утолщенные (коринебактерии);
по характеру взаиморасположения все палочки делятся на :
– расположенные поодиночке;
– диплобактерии и диплобациллы (сцепленные попарно);
– стрептобактерии и стрептобациллы (сцепленные в цепочку);
– извитые формы (по характеру и количеству завитков они делятся на :
вибрионы (слегка изогнутые палочки или неполные завитки);
спириллы (один или несколько завитков);
спирохеты, которые в свою очередь, делятся на :
лептоспиры (завитки с загнутыми крючкообразными концами – S-образная форма);
боррелии (4-12 неправильных завитков);
трепонемы (14–17 равномерных мелких завитков).
Структуру бактерий изучают в основном с помощью электронной микроскопии (техника ультратонких срезов), дифференциального ультрацентрифугирования, цитохимических методов.
Структурные компоненты бактериальной клетки делятся на обязательные и необязательные .
Обязательными структурными компонентами являются:
Клеточная стенка,
Цитоплазматическая мембрана,
Цитоплазма с локализованными в ней рибосомами и ядерным аппаратом.
Необязательные структурные компоненты – капсула, микрокапсула, внеклеточная слизь, включения, жгутики, пили, споры.
2. Клеточная стенка
Функции клеточной стенки состоят в том, что она:
Является осмотическим барьером,
Определяет форму бактериальной клетки,
Защищает клетку от воздействий окружающей среды,
Несет разнообразные рецепторы, способствующие прикреплению фагов, колицинов, а также различных химических соединений,
Через клеточную стенку в клетку поступают питательные вещества и выделяются продукты обмена,
В клеточной стенке локализован О-антиген и с ней связан эндотоксин (липид А) бактерий.
Имеется 2 типа строения клеточной стенки у бактерий. В обоих случаях ее основу составляет пептидогликан муреин. У одних бактерий (1-й тип) он составляет до 90 % массы клеточной стенки и образует многослойный (до 10 слоев) каркас, при этом муреин ковалентно связан с тейхоевыми кислотами. Такие бактерии при окраске по методу Грама прочно удерживают комплекс генцианового фиолетового и йода; они окрашиваются в сине-фиолетовый цвет и называются грамположительными .
У бактерий со 2-м типом строения клеточной стенки поверх 2–3 слоев пептидогликана муреина располагается слой липополисахаридов. Эти бактерии при окраске по методу Грама не способны прочно удерживать комплекс генцианового фиолетового и йода и, соответственно, обесцвечиваются спиртом, прокрашиваясь дополнительным красителем – фуксином в розово-красный цвет. Они называются грамотрицательными .
В связи с различиями в строении клеточной стенки все бактерии делятся на 4 отдела:
грациликуты – бактерии с тонкой клеточной стенкой, грамотрицательные, к ним относятся различные извитые, палочковидные, кокковые формы бактерий, а также риккетсии и хламидии;
фирмикуты – бактерии с толстой клеточной стенкой, грамположительные, к ним относятся палочковидные, кокковые формы бактерий, а также актиномицеты, коринебактерии и микобактерии;
тенерикуты – бактерии без ригидной клеточной стенки (микоплазмы);
мендозикуты – архебактерии, отличающиеся дефектной клеточной стенкой, особенностями строения рибосом, мембран и рибосомальных РНК. Эта группа бактерий медицинского значения не имеет.
Из любой бактериальной клетки можно получить формы , полностью или частично лишенные клеточной стенки . Они называются, соответственно, протопласты и сферопласты , и, независимо от исходного морфологического типа бактерии, из-за отсутствия клеточной стенки принимают шарообразную или грушевидную форму. Кроме того, существуют L-формы бактерий, которые, в отличие от протопластов и сферопластов, способны к размножению , являясь вполне полноценными микробными клетками данного вида бактерий. L-формы разных видов бактерий морфологически неразличимы. Независимо от формы исходной клетки (кокки, палочки, вибрионы) они представляют собой сферические образования разных размеров . Различают стабильные L-формы, нереверсирующие в исходный морфотип , и нестабильные L-формы, реверсирующие в исходный при устранении причины , вызвавшей их образование. В процессе реверсии восстанавливается способность бактерий синтезировать пептидогликан (муреин) клеточной стенки. L-формы различных бактерий играют существенную роль в патогенезе многих хронических, рецидивирующих инфекционных заболеваний (бруцеллез, туберкулез, сифилис, хроническая гонорея и т. д.).
3. Цитоплазматическая мембрана
К клеточной стенке бактерий примыкает цитоплазматическая мембрана , строение которой аналогично мембранам эукариотов (состоит из двойного слоя липидов , главным образом фосфолипидов со встроенными поверхностными и интегральными белками ). Она обеспечивает :
Селективную проницаемость и транспорт растворимых веществ в клетку,
Транспорт электронов и окислительное фосфорилирование,
Выделение гидролитических экзоферментов, биосинтез различных полимеров.
Цитоплазматическая мембрана ограничивает цитоплазму бактерий , которая представляет собой гранулярную структуру . В цитоплазме локализованы рибосомы и бактериальный нуклеоид , в ней также могут находиться включения и плазмиды (внехромосомная ДНК). Кроме обязательных структур бактериальные клетки могут иметь споры.
Вопрос 3. Необязательные структурные компоненты бактериальной клетки
1. Споры
Спорообразующие палочки называются бациллами .
Споры бактерий представляют собой бактериальные клетки в состоянии анабиоза и образуются при неблагоприятных условиях внешней среды (располагаются внутри клетки терминально, субтерминально или центрально).
В процессе спорообразования клетка почти полностью теряет воду, сморщивается, клеточная стенка уплотняется. Появляется новое вещество – дипиколинат кальция , которое образует комплексы с биополимерами клетки, устойчивые к действию температуры и ультрафиолетовых лучей. В окружающей среде споры бактерий могут сохраняться годами, но при попадании в благоприятные условия спора впитывает влагу, комплексы распадаются, дипиколинат разрушается, и спора превращается в вегетативную клетку.
Таким образом, спору следует рассматривать не как способ размножения, а только как форму существования бактериальной клетки в неблагоприятных условиях. При этом преобразования идут по следующей схеме: 1 клетка – 1 спора – 1 клетка, и увеличения количества бактериальных клеток не происходит.
Спорообразование характерно в основном для грамположительных бактерий. У грамотрицательных бактерий эквивалентом спорообразования является переход в так называемое некультивируемое состояние . В такой форме они также длительно сохраняются в окружающей среде.
При использовании окраски по Граму споры красители не воспринимают, поэтому на окрашенном фоне они бесцветны. Окрашиваются споры с помощью специальных методов окраски , например, по Ожешко или Клейну .
2. Жгутики
Многие бактерии имеют жгутики . Их количество и расположение у разных бактерий неодинаково. Монотрихии имеют только один жгутик (род Vibrio), лофотрихии – пучок жгутиков на одном полюсе клетки (род Pseudomonas), а у амфитрихо в жгутики (один или пучок) расположены на обоих полюсах клетки (род Spirillum), а у перитрихов – по всей поверхности (род Escherichia, Salmonella).
По своему строению жгутики представляют собой спирально закрученные нити , состоящие из специфического белка флагеллина , который по своей структуре относится к сократительным белкам типа миозина.
При окраске по Граму жгутики не видны. Изучать подвижность бактерии можно как с помощью микроскопических методов (фазово-контрастная микроскопия препаратов «висячая» или «раздавленная» капля), так и посевом уколом в полужидкий агар, или специальную среду – среду Пешкова .
3. Ворсинки
На поверхности ряда бактерий обнаружены белковые образования – ворсинки (фимбрии, пили). Фимбрии отходят от поверхности клетки и состоят из белка, называемого пилином . Различают более 60 видов ворсинок, из которых наиболее изучены F-pili (половые пили) и common pili (пили, ответственные за адгезию).
4. Капсула
Капсула бактерий – это утолщенный наружный слой клеточной стенки. Капсулы могут быть построены из полисахаридов (пневмококк) или белков (возбудитель сибирской язвы). Большинство бактерий, особенно патогенных, образует капсулу только в организме человека или животных. Однако существует род истинно капсульных бактерий (Klebsiella), представители которого образуют капсулу и при культивировании на искусственных питательных средах. Некоторые бактерии могут иметь микрокапсулу (выявляется только при электронной микроскопии), например, эшерихии, или неявно выраженную способность к капсулообразованию – так называемую «нежную» капсулу, например, золотистые стафилококки, менингококки.
Основное предназначение капсул – защита бактерий от фагоцитоза. При окраске мазков по Граму истинно капсульные бактерии имеют характерное взаиморасположение (на расстоянии друг от друга). При световой микроскопии капсулы четко не видны, в связи с чем наличие капсул у бактерий выявляется с помощью специальных методов окраски, например, по методу Гимзе . Для выявления капсул и бактерий, образующих их в организме, используют либо микроскопию мазков, приготовленных из патологического материала или мазков – отпечатков из органов погибших животных.
Вопрос 4. Питание и особенности метаболизма бактерий
1. Химические компоненты бактериальной клетки
По химическому составу и характеру биополимеров (белки, полисахариды, нуклеиновые кислоты, липиды) прокариотические клетки не отличаются от эукариотических. Основными химическими компонентами бактериальной клетки являются органогены (кислород, водород, углерод, азот, фосфор).
Процесс , в ходе которого бактериальная клетка получает из окружающей среды компоненты, необходимые для построения ее биополимеров (органоидов), называется питанием .
2. Питание бактерий
Бактериальные клетки не имеют специальных органов питания , т. е. являются голофитными. Поступление питательных веществ в микробную клетку может происходить :
за счет осмоса и диффузии по градиенту концентрации без затрат энергии;
за счет пассивного транспорта , который также осуществляется по градиенту концентрации с помощью белков-переносчиков, но без затрат клеткой энергии, и отличается от диффузии большей скоростью;
за счет активного транспорта , который идет против градиента концентрации с затратой энергии и возможным частичным расщеплением субстрата, осуществляется белками-переносчиками или ферментами – пермеазами .
По источникам углерода , необходимого для построения биополимеров, бактерии делятся на следующие группы :
автотрофы – микроорганизмы, которые используют как единственный источник углерода углекислый газ , и не нуждаются в сложных органических соединениях.
гетеротрофы – микроорганизмы, которые используют в качестве источника углерода разнообразные органические углеродосодержащие соединения (углеводы, углеводороды, аминокислоты, органические кислоты) как биологического , так и не биологического происхождения .
В зависимости от источника получения энергии микроорганизмы делятся на :
фототрофные , способные использовать солнечную энергию,
хемотрофные , получающие энергию за счет окислительно-восстановительных реакций.
В дополнение к этой классификации в зависимости от природы доноров электронов микроорганизмы подразделяются на фототрофные литотрофы и, соответственно, хемотрофные литотрофы , т. е. использующие в качестве доноров электронов неорганические соединения, а также, соответственно фото– и хемоорганотрофы, использующие только органические соединения. К последним принадлежит значительное большинство бактерий, в том числе и патогенные для человека виды.
По источникам азота выделяют:
азотфиксирующие микроорганизмы (способны усваивать молекулярный азот атмосферы),
Микроорганизмы, ассимилирующие неорганический азот солей аммония, нитратов или нитритов и, соответственно, называющиеся аммонифицирующими, нитратредуцирующими и нитритредуцирующими .
Однако большинство патогенных для человека микроорганизмов способны ассимилировать только азот органических соединений.
Микроорганизмы, способные синтезировать все необходимые им органические соединения (углеводы, аминокислоты и др.) из указанных компонентов, называются прототрофами .
Микроорганизмы, не способные синтезировать какое-либо из необходимых соединений, и ассимилирующие их в готовом виде из окружающей среды или организма хозяина (человека, животного), называются ауксотрофами по этому соединению. Чаще всего ими являются патогенные или условно-патогенные для человека микроорганизмы.
ТЕМА 2
МОРФОЛОГИЯ, СТРОЕНИE И КЛАССИФИКАЦИЯ
МИКРООРГАНИЗМОВ
2.1. Морфология микроорганизмов
2.1.1. Из истории микроскопа
Изучение морфологии микроорганизмов невозможно без увеличительных приборов – микроскопов. Первый увеличительный прибор был сделан в 1608 г Итальянским ученым Г.Галилеем.Он смастерил длинную трубку (типа современного телескопа) с двумя увеличительными линзами внутри и с помощью его смотрел на отдаленные объекты. Затем он усовершенствовал этот прибор и в 1610 году сделал первый «микроскоп», с помощью которого смотрел на мелкие объекты.
В 1625 году Немецкий ученый Иоган Фабер второй прибор Галилея назвал микроскопом.
В 1665 году Английский ученый Роберт Гук усовершенствовал микроскоп добавлением 3–ую собирательную линзу.
В 1667 году Итальянский ученый Евстахий Давини сделал 2–ой линзовый окуляр, в результате которого появился плоское видимое поле.
В 1715 году Немецкий ученый Гертель впервые применил осветительное зеркало для направления лучи цвета к объекту и линзу.
1850 году Итальянский ученый Д.Амиги создал иммерсионный микроскоп и изпользовал водную иммерсию, а в1878 году Английский ученый В.Стефансон предложил масленную иммерсию.
1886 году Немецкий ученый Ф.Эбнер сделал темнополый микроскоп.
В 1908 году Немецкие ученые А.Кёлер и Г.Зидонтонф создали люминесцентный микроскоп.
В 1930 году Е.Руска, М.Кнолль и Б,Боррие создали первый электронный микроскоп.
2.1.2 Морфология и строение бактерий
Формы и размер бактерий
По внешней форме бактерии можно разделить на несколько групп: шаровидные (сферические), палочковидные, извитые, вибрионы, кольцообразные, (тороиды) в форме шестиугольной звезды, бактерии образующие выросты (простеки), червеобразной формы и разветвленные бактерии. Однако большинство известных бактерий имеют шарообразную, палочковидную и извитую форму.
Бактерии сферической формы или кокки имеют размер в диаметре 1-2 мкм (микрометр). В зависимости от расположения клеток после деления они подразделяются на ряд групп. Если после деления клетки располагаются по одиночно, то их называют монококки или микрококки. Если деление происходит в одной плоскости и клетки не разъединяются, а остаются связанными по две, то их называют диплококки. После такой деление, если клетки не разъединяются и образуют цепочки разной длины, то их называют стрептококки. Деление кокков в двух взаимно перпендикулярных плескостьях приводит к образованию форм из четырех клеток-тетракокков. При одновременном делении кокков в трех взаимоперпендикулярных плоскостях образуются пакеты из восьми клеток в виде кубика. Такое скопление кокков называют сарцина. При делении кокков неравномерно в нескольких плоскостях возникают скопления клеток напоминающие гроздья винограда. Это – стафилококки.
Среди кокков имеются представители с неправильно круглой формой клетки. К ним относятся пневмококки, менингококки и гонококки. Форма пневмококков овальная, напоминающая пламя свечи, клетки соединены попарно широкими основаниями. Менингококки и гонококки имеют форму бобов или кофейных зерен, клетки соединены по две вогнутыми сторонами.
Кокковые формы, за исключением Sarsina ureae (мочевой сарцины), не образуют спор, неподвижны, широко распространены в природе. Многие из кокков патогенные-возбудители воспалительных процессов, например, пневмококки, менингококки, гноеродные стрептококки и стафилококки; другие – непатогенные, возбудители молочнокислого брожения, например, Streptococcus lactis, Str.cremoris; некоторые используются в производстве для биосинтеза декстрана – заменителя плазмы крови Leuconostos mesenteroides.
Самые мелькие по размеру бактерии встречаются среди шаровидных форм, которые пренадлежат к микоплазмам. Описаны микоплазмы с
диаметром клеток 0,12-0,15 мкм.
К палочкавидным формам относится самая многочисленная группа бактерий. Клетки имеют цилиндрическую форму, концы их могут быть округлые либо срезанные, прямые и выпуклые. Различают палочки короткие и длинные, толстые и тонкие. Размеры палочкавидных бактерий от нескольких десятых микрона до 100 и больше. У коротких палочек длина лищь ненамного превышает поперечник клетки, так что иногда довольно трудно отличить их от кокков.
У некоторых бактерий палочковидные клетки соединяются в длинные нити, образуя так называемые нитчатые формы. К таким многоклеточным нитевидным формам относятся некоторые железобактерии и бесцветные серобактерии. Длина нити серобактерии Beggiatoa mirabilis достигает 1 см и больше. Она считается гигантом среди бактерий.
По способности к спорообразованию палочковидные формы делятся на две группы: бактерии и бациллы. Клетки, не образующие спор, называются бактериями. Они как правило, располагаются одиночно. В преобладающем большинстве это мелкие палочки, относяшиеся к родам Bacterium и Pseudomonas. Палочковидные формы, образующие споры, называют бациллами (Bacillus). Они различаются между собой по форме клеток, обусловленной размерами и местом расположения спор.
Если спора распологается в центре клетки и диаметр ее не превышает диаметра клетки, то такой тип называют собственно бациллами; если диаметр споры превышает диаметр клетки, то при расположении споры в центре клетки имеет веретеновидное утолщение и называется клостридием (например, у Clostridium pasterianum) а при расположении споры в конце принимает вид барабанной палочки или теннисной ракетки и называется плектридием. Спороносные формы образуют длинные цепочки клеток, так называемые стрептобациллы (например, Bacillus mycoides).
Микроорганизмы спиралевидной формы различаются числом витков. Если у бактерий клетки имеют несколько крупных завитков, то их называют спириллы. Клетки с множеством мелких витков спирали называют спирохеты. Бактерии изогнутые в виде полумесяца или занятой называют вибрионы. Большинство извитых форм представлено паточенными видами (например, холерной вибрион, возбудитель сифилиса). Среди них есть и сапрофиты, обитающие в почве и воде. Извитые формы имеют весьма различные размеры клеток – от мельких 1,5-2,0 мкм (вибрионы) до очень крупных 2-3 х 15-20 мкм (например, Spirillum volutans). Есть среди прокариотов организмы, отличающиеся от описанных выше основных форм. Некоторые бактерии имеют вид кольца, замкнутого или разомкнутого в зависимости от стадии роста (например, бактерии рода Microcyclus). Такие клетки предложено называть тероидами.
У бактерий, в основном размножающихся почкованием, описано образование клеточных выростов, число которых может колебаться от 1 до 8 и больше. Бактерий образующие выросты называют простеки.
Из природных субстратов выделены бактерии червеобразной формы (длинные клетки с загнутыми, очень тонкими концами) и напоминающие по виду правильную шестиугольную звезду.
Для некоторых групп прокариотов характерно слабое ветвление, например, у микобактерий и пропионовых бактерии. У некоторых бактерий имеется хорошо выраженное ветвление. Их называют актиномицеты (стрептомицеты).
Описаны бактерии, обладающие морфологической изменчивостью (племорфизмом), например бактерии, относящиеся к группе коринебактерий, в зависимости от условий могут иметь вид палочек, кокков или слабоветвящихся форм.
Форма клеток прокариотов (бактерий) определятся жесткой (ригидной) клеточной стенкой. Именно последняя придает клетке определенную, наследственно закрепленную внешнюю форму. У ряда бактерий (например, у спирохет, миксобактерий и флексибактерий) клеточная стенка довольно эластична, поэтому они способны в определенных пределах меньят форму клеток, например путем загибания. Наконец известны бактерии, у которых клеточная стенка отсутствует совсем. Это – микоплазмы и L - формы. Микоплазмы существуют в природе и в большинстве патогенны для человека и животных. L – формы получены экспериментально под действием химических веществ, которые разрушают клеточную стенку бактерий или подавляют синтез компонентов клеточный стенки. Для этих бактерий характерен ярко выраженный племорфизм.
Строение и химический состав бактерий
Структуры, расположенные снаружи от цитоплазматической мембраны (клеточная стенка, капсула, слизистый чехол, жгутики, ворсинки), называют обычно поверхностными структурами или бактериальной оболочкой. Цитоплазматическая мембрана вместе с цитоплазмой называется протопластом. Рассмотрим сначала строение, химический состав и функции поверхностных клеточных структур.
Жгутики . На поверхности клеток многих бактерий имеются структуры, определяющие способность клеток к движению. Это жгутики. Их наличие, число, размеры, расположение являются признаками, постоянными для определенного вида бактерий и имеющими поэтому важное таксономическое значение.
Если жгутики находятся у полюсов клетки, говорят об их полярном расположении, если вдоль боковой поверхности клетки, говорят об их латеральном расположении. Если один жгутик прикреплен к одному из полюсов клетки, его называют монотрихи. Если на каждом полюсе по одному или пучок жгутиков, - называются амфитрихи (или биополярные политрихи). Если пучок жгутиков расположен на одном из полюсов клетки –
называются лофотрихи (или монополярные политрихи). Если многочисленные жгутики расположены по всей поверхности клетки – называются перитрихи. Толщина жгутиков 100 – 300 А, длина от 3 до 12 мкм. Состоят они из одного вида белка – флагеллин.
Перемещение бактерий осуществляется за счет активных вращательных движений жгутиков. Некоторые бактерии, не имеющие жгутик, перемещаются по твердому субстрату скольжением (например, миксобактерии, флексибактерии, спирохеты, цианобактерии).
Следует отметить, что механизмы движения бактерий пока не выяснен.
Подвижные бактерии активно и направленно перемещаются. Такие направленные перемещения бактерий называются таксисами. Известно, хемотаксисы, аэротаксисы и фототаксисы. Скорость перемещения бактерий велика – за 1 секунду может пройти расстояние в 20 – 50 раз больше, чем длина клеток.
Жгутики и ворсинки не являются обьязательной клеточной структурой, так как без них бактерии тоже хорошо растут и размножаются.
Капсулы и слизистые чехлы . Снаружи клеточная стенка бактерий и цианобактерий часто бывает окружена слизистым веществом. В зависимости от его толщины и консистенции различают макро и микрокапсулы. Под капсулой понимают слизистое образование, обволакивающее клеточную стенку и имеющее четко очерченную поверхность. Если же окружающие клетку слизистое вещество имеет аморфный, бесструктурный вид и легко отделятся от поверхности прокариотной клетки, говорят о слизистом чехле, окружающем клетку. Колонии, состоящие из клеток, окруженных капсулой, имеют гладкую поверхность. Их обозначают как S – колонии (от английского слова smooth -гладкой). Колонии, сформированные из безкапсульных клеток, имеют шероховатую поверхность и называются R – колонии (от английского слова rough - шероховатый).
Клеточная стенка . Клеточная стенка важной и объязательный структурной элемент прокариотной клетки (исключение составляют микоплазмы). На долю клеточной стенки у прокариотных микроорганизмов приходится от 5 до 50% сухих веществ клетки. Она служит механическим барьером между протопластом и внешней средой и придает клеткам определенную форму. Клеточная стенка чисто механически защищает клетку от проникновения в нее избытка воды.
Химический состав и строение клеточной стенки постоянны для определенного вида и являются важным диагностическим признаком. В зависимости от строения клеточный стенки бактерии делятся на две большие группы: грамположительные и грамотрицательные. Было обнаружено, что если фиксированные клетки микроорганизмов обработать сначала кристаллическим фиолетовым, а затем йодом, образуются окрашенный комплекс. При последующей обработке спиртом в зависимости от строения клеточной стенки судьба комплекса будет различна. У грамположительных бактерий этот комплекс удерживается клеткой, и последние остаются окрашенными, а у грамотрицательних бактерий, наоборот, окрашенный комплекс вымывается из клеток, и они обесцвечиваются. Этот способ окрашивания был впервые предложен в 1884 г. датским ученым Х.Грамом.
Клеточные стенки грамположительных и грамотрицательных бактерий различаются по химическому составу. Считается, что гликопептиды образуют жесткий каркас клеточной стенки. У грамположительных бактерий они составляют основную ее массу (до 90%), а у грамотрицательных их содержание значительно меньше (5-10%).
Клеточная стенка грамположительных бактерий содержит гликопептиды (муреиновый комплекс), полисахариды, тейховые кислоты, липиды. Клеточная стенка грамотрицательных бактерий содержит полисахариды, липиды (до 90%) , белки, липополисахариды, липопротеиды и гликопептиды. Следовательно, тейховые кислоты отсутствуют у грампотрицательных бактерий и липополисахариды и липопротеиды отсутствуют у
грамположительных бактерий.
Цитоплазматическая мембрана. Содержимое клетки отделяется от клеточной стенки цитоплазматической мембраной (ЦПМ). Нарушение целостности ЦПМ приводит к потере клеткой жизнеспособности. ЦПМ – белково – липидный комплекс, в котором белки составляют 50-70%, липиды от 15-30%. Под електронном микроскопом она видна в виде трехслойной структуры. Согласно модели, предложенной Г.Даусоном и Д Даниелли, ЦПМ построена из двух белковых слоев, между которыми расположен липидный слой.
ЦПМ выполняет разнообразные функции. Препараты мембран обладают АТФ-азной активностью, катализируют процессы синтеза веществ, входящих в состав клеточной стенки и слизистого чехла. В мембранах локализованы окислительные ферменты. Здесь же находится ферменты – пермеазы, которые осуществляют активный двусторонней избирательный перенос через мембрану различных органических и неорганических веществ. Между ЦПМ – ой и клеточной стенкой имеется пространство, которое называют периплазматическим пространством. Многие внеклеточные ферменты функцанируют именно в этом пространстве.
Цитоплазма. Содержимые клетки, окруженное ЦПМ, называется цитоплазмой. В цитоплазме бактерий, содержится ядерный материал и различные включения.
Ядерный материал бактерий, состояший из ДНК, диффузионно расположен в центральной части цитоплазмы и не ограничен от цитоплазмы мембраной. Его называют нуклеоидом.
В цитоплазме имеются мембранные структуры – мезосомы, у фотосинтезирующих бактерий – тилокоиды и хроматофоры.
Тилокоиды и хроматофоры фотосинтезирующих бактерий являются местом локализации фотосинтетических пигментов.
Мезосомы различаются размерами, формой и локализацией в клетке. Выделяют три основных типа мезосом: пластинчатые (ламеллярные), пузырчатые (везикулярные) и трубчатые (тубуларные). Считается, что они принимают участие в важных процессах клеточного метобализма. Однако истинная функция бактериальных мезосом остается загадочной.
Рибосомы в бактериальной клетке могут существовать свободно в цитоплазме или же быть связанными с мембранными структурами. В синтезе белка участвуют рибосомальные агрегаты,называемые полиробосомами, или полисомами.
В цитоплазме различных бактерий обнаруживаются еще и твердые, жидкие, газообразные вещества.
2.1.3. Классификация бактерий
В настоящее время царство бактерий делится на 4 категории:
1. Грамотрицательные эубактерии, имеющие клеточные стенки;
2. Грамположительные эубактерии, имеющие клеточные стенки;
3. Эубактерии, лишенные клеточных стенок;
4. Археобактерии.
Первая категория имеет 16 групп; вторая котегория – 13 групп, третья категория – имеет одну группу, а четвертая категория – 5 групп. (более подробно см: 1) Определитель бактерий Берджи. М.: Мир, 1997, том 1, 430 с.; 2)Шлегель. Общая микробиология. М.: Мир, 1987, 562 с.).
2.1.3. Морфология, строение и классификация грибов
Грибы относятся к эвкариотным микроорганизмам. Все они гетеротрофы и в основном аэробы. Тело большинства грибов состаит из тонких нитей-гиф, а образуемые ими сплетение называется мицелием или грибница. Гифы некоторых грибов разделены перегародками на клетки (септированы), такие грибы называют многоклеточными. Гифы других грибов не имеют перегородок – это одноклеточные грибы. Имеются еще шаровидные или яцевидные одноклеточные грибы, которые называют дрожжи.
Строение клеток грибов мало отличается от строения клеток других эквариотных организмов. Клетки состоят из клеточной оболочки, цитоплазмы и одного, двух или нескольких ядер. Цитоплазма содержит внутриклеточные органеллы, вакуоли и различные включения. Клеточная оболочка состоит из клеточной стенки и цитоплазматической мембраны.
По современной системе царство грибов дельят на 8 отделов: 1) отдел Myxomycota; 2) отдел Plazmodiophoramycota; 3) отдел Oomycota; 4) отдел
Chytridiomycota; 5) отдел Zygomycota; 6) отдел Ascomycota; 7) отдел Basidiomycota; 8) отдел Deuteromycota. Отделы подразделяются на порядки, порядки – на классы, классы – на семейства, а семейства – на роды (более подробно см: 1) Гарибова Л.В., Лекомцева С.Н. Основы микологии. М. 2005; 2) Мюллер Э.; Леффлер В. Микология, М.: Мир,1995).
Литература
1. Гусев М.В., Минеева Л.А., Микробиология. М. 1978.
2. Коротяев А.И., Бабичев С.А., Медицинская микробиология., Санкт – Петербург,1998.
3. Шлегель Г. Общая микробиология. М.: Мир, 1987.
4. Дараселия Г.Я. Микробиология, гигиена и безопасность питания, Тбилиси, 2006.
5. Бирюзова В.И. Мембранные структуры микроорганизмов. М.: Наука, 1973.
6. Феофилова Е. П. Клеточная стенка грибов. М.: Наука, 1983.