ТЕМА 2
МИКРООРГАНИЗМОВ
2.1. Морфология микроорганизмов
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.
В1934 году Ф.Урнике добавил к микроскопу фазово-контрастное устройство.
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.
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.
Ворсинки. На поверхности клетки имеются ворсинки (фимбрии или пили). Они тесно расположены по всей поверхности клеточной стенки. Ворсинки также короче и тольше чем жгутики. Длина их составляет от 0,3 до 4 мкм. Они обнаружены как у подвижных, так и у неподвижных бактерий. Описано 9 типов ворсинок. Наиболее хорошо изучены половые ворсинки или F – пили, состоящие из белка и имеющие полый канал. Некоторые ворсинки принимают участие в транспорте метаболитов, прикреплении бактерий к субстрату, а также в защите клетки от паразитов.
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.
В определенных условиях прокариотные микроорганизмы могут обхадится и без клеточных стенок. Бактерии, не содержащие клеточной стенки – эти микоплазмы, среди которых имеются сапротрофы и паразиты животных и человека. Формы сходные с микоплазмами, были получены с помощью пенициллина и лизоцима в лаборатории. Это так называемые L — формы.
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.
Каждая категория подразделяется на группы, а группы – на семейства, роды и виды.
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.).
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.
www.ronl.ru
Реферат:
Систематика и морфология микроорганизмов
1. Систематика микроорганизмов
Систематика — распределение микроорганизмов в соответствии с их происхождением и биологическим сходством. Систематика занимается всесторонним описанием видов организмов, выяснением степени родственных отношений между ними и объединением их в различные по уровню родства классификационные единицы- таксоны. Основные вопросы, решаемые при систематике (три аспекта, три кита систематики)- классификация, идентификация и номенклатура.
Классификация — распределение (объединение) организмов в соответствии с их общими свойствами (сходными генотипическими и фентипическими признаками) по различным таксонам.
Таксономия — наука о методах и принципах распределения (классификации) организмов в соответствии с их иерархией. Наиболее часто используют следующие таксономические единицы (таксоны)- штамм, вид, род. Последующие более крупные таксоны — семейство, порядок, класс.
В современном представлении вид в микробиологии — совокупность микроорганизмов, имеющих общее эволюционное происхождение, близкий генотип (высокую степень генетической гомологии, как правило более 60%) и максимально близкие фенотипические характеристики.
Нумерическая (численная) таксономия основывается на использовании максимального количества сопоставляемых признаков и математическом учете степени соответствия. Больщое число сравниваемых фенотипических признаков и принцип их равной значимости затрудняло классификацию.
При изучении, идентификации и классификации микроорганизмов чаще всего изучают следующие (гено- и фенотипические) характеристики:
1. Морфологические — форма, величина, особенности взаиморасположения, структура.
2. Тинкториальные — отношение к различным красителям (характер окрашивания), прежде всего к окраске по Граму. По этому признаку все микроорганизмы делят на грамположительные и грамотрицательные.
Морфологические свойства и отношение к окраску по Граму позволяют как правило отнести изучаемый микроорганизм к крупным таксонам- семейству, роду.
3. Культуральные — характер роста микроорганизма на питательных средах.
4. Биохимические — способность ферментировать различные субстраты (углеводы, белки и аминокислоты и др.), образовывать в процессе жизнедеятельности различные биохимические продукты за счет активности различных ферментных систем и особенностей обмена веществ.
5. Антигенные — зависят преимущественно от химического состава и строения клеточной стенки, наличия жгутиков, капсулы, распознаются по способности макроорганизма (хозяина) вырабатывать антитела и другие формы иммунного ответа, выявляются в иммунологических реакциях.
6. Физиологические- способы углеводного (аутотрофы, гетеротрофы), азотного (аминоавтотрофы, аминогетеротрофы) и других видов питания, тип дыхания (аэробы, микроаэрофилы, факультативные анаэробы, строгие анаэробы).
7. Подвижность и типы движения.
8. Способность к спорообразованию, характер спор.
9. Чувствительность к бактериофагам, фаготипирование.
10. Химический состав клеточных стенок — основные сахара и аминокислоты, липидный и жинокислотный состав.
11. Белковый спектр (полипептидный профиль).
12. Чувствительность к антибиотикам и другим лекарственным препаратам.
13. Генотипические (использование методов геносистематики).
В последние десятилетия для классификации микроорганизмов, помимо их фенотипических характеристик (см. пп.1 — 12), все более широко и эффективно используются различные генетические методы (изучение генотипа — генотипических свойств). Используются все более совершенные методы — рестрикционный анализ, ДНК — ДНК гибридизация, ПЦР, сиквенс и др. В основе большинства методов лежит принцип определения степени гомологии генетического материала (ДНК, РНК). При этом чаще исходят из условного допущения, что степень гомологии более 60% ( для некоторых групп микроорганизмов- 80%) свидетельствует о принадлежности микроорганизмов к одному виду (различные генотипы — один геновид), 40- 60%- к одному роду.
Идентификация.
Основные фено- и генотипические характеристики, используемые для классификации микроорганизмов, используются и для идентификации, т.е. установления их таксономического положения и прежде всего видовой принадлежности- наиболее важного аспекта микробиологической диагностики инфекционных заболеваний. Идентификация осуществляется на основе изучения фено- и генотипических характеристик изучаемого инфекционного агента и сравнения их с характеристиками известных видов. При этой работе часто применяют эталонные штаммы микроорганизмов, стандартные антигены и иммунные сыворотки к известным прототипным микроорганизмам. У патогенных микроорганизмов чаще изучают морфологические, тинкториальные, культуральные, биохимические и антигенные свойства.
Номенклатура — название микроорганизмов в соответствии с международными правилами. Для обозначения видов бактерий используют бинарную латинскую номенклатуру род/вид, состоящую из названия рода (пишется с заглавной буквы) и вида (со строчной буквы). Примеры- Shigellaflexneri, Rickettsiasibirica.
В микробиологии часто используется и ряд других терминов для характеристики микроорганизмов.
Штамм — любой конкретный образец (изолят) данного вида. Штаммы одного вида, различающиеся по антигенным характеристикам, называют серотипами (серовариантами- сокращенно сероварами), по чувствительности к специфическим фагам — фаготипами, биохимическим свойствам — хемоварами, по биологическим свойствам — биоварами и т.д.
Колония- видимая изолированная структура при размножении бактерий на плотных питательных средах, может развиваться из одной или нескольких родительских клеток. Если колония развилась из одной родительской клетки, то потомство называется клон.
Культура- вся совокупность микроорганизмов одного вида, выросших на плотной или жидкой питательной среде.
Основной принцип бактериологической работы — выделение и изучение свойств только чистых (однородных, без примеси посторонней микрофлоры) культур .
2. Морфология бактерий
Прокариоты отличаются от эукариот по ряду основных признаков .
1. Отсутствие истинного дифференцированного ядра (ядерной мембраны).
2. Отсутствие развитой эндоплазматической сети, аппарата Гольджи.
3. Отсутствие митохондрий, хлоропластов, лизосом.
4. Неспособность к эндоцитозу (захвату частиц пищи).
5. Клеточное деление не связано с циклическими изменениями строения клетки.
6. Значительно меньшие размеры (как правило). Большая часть бактерий имеет размеры 0,5- 0,8 микрометров (мкм) х 2- 3 мкм.
По форме выделяют следующие основные группы микроорганизмов.
1.Шаровидные или кокки ( с греч.- зерно).
2.Палочковидные.
3.Извитые.
4.Нитевидные.
Кокковидные бактерии (кокки) по характеру взаиморасположения после деления подразделяются на ряд вариантов.
1. Микрококки. Клетки расположены в одиночку. Входят в состав нормальной микрофлоры, находятся во внешней среде. Заболеваний у людей не вызывают.
2. Диплококки. Деление этих микроорганизмов происходит в одной плоскости, образуются пары клеток. Среди диплококков много патогенных микроорганизмов- гонококк, менингококк, пневмококк.
3. Стрептококки. Деление осуществляется в одной плоскости, размножающиеся клетки сохраняют связь (не расходятся), образуя цепочки. Много патогенных микроорганизмов- возбудители ангин, скарлатины, гнойных воспалительных процессов.
4. Тетракокки. Деление в двух взаимоперпендикулярных плоскостях с образованием тетрад (т.е. по четыре клетки). Медицинского значения не имеют.
5. Сарцины. Деление в трех взаимоперпендикулярных плоскостях, образуя тюки (пакеты) из 8, 16 и большего количества клеток. Часто обнаруживают в воздухе.
6. Стафилококки (от лат.- гроздь винограда). Делятся беспорядочно в различных плоскостях, образуя скопления, напоминающие грозди винограда. Вызывают многочисленные болезни, прежде всего гнойно-воспалительные.
Палочковидные формы микроорганизмов.
1.Бактерии- палочки, не образующие спор.
2.Бациллы- аэробные спорообразующие микробы. Диаметр споры обычно не превышает размера (“ширины”) клетки (эндоспоры).
3.Клостридии- анаэробные спорообразующие микробы. Диаметр споры больше поперечника (диаметра) вегетативной клетки, в связи с чем клетка напоминает веретено или теннисную ракетку.
Необходимо иметь в виду, что термин “бактерия” часто используют для обозначения всех микробов- прокариот. В более узком (морфологическом) значении бактерии- палочковидные формы прокариот, не имеющих спор.
Извитые формы микроорганизмов.
1.Вибрионы и кампилобактерии- имеют один изгиб, могут быть в форме запятой, короткого завитка.
2.Спириллы- имеют 2- 3 завитка.
3.Спирохеты- имеют различное число завитков, аксостиль- совокупность фибрилл, специфический для различных представителей характер движения и особенности строения (особенно концевых участков). Из большого числа спирохет наибольшее медицинское значение имеют представители трех родов- Borrelia, Treponema, Leptospira.
Характеристика морфологии риккетсий, хламидий, микоплазм, более подробная характеристика вибрионов и спирохет будет дана в соответствующих разделах частной микробиологии.
Данный раздел завершаем краткой характеристикой (ключем) для характеристики основных родов микроорганизмов, имеющих медицинское значение, на основе критериев, применяемых в определителе бактерий по Берджи (Berge).
Таблица. Ключ к основным группам бактерий
Основные группы бактерий — Роды бактерий
1. Изгибающиеся бактерии с тонкими стенками, подвижность обеспечивается за счет скольжения — скользящие бактерии
Treponema
2. Изгибающиеся бактерии с тонкими стенками, подвижность связана с наличием осевой нити — спирохеты
Borrelia , Leptospira
3. Ригидные бактерии с толстыми стенками, неподвижные или подвижные благодаря жгутикам — эубактерии
А. Мицелиальныеформы
Mycobacterium, Actinomyces, Nocardia, Streptomyces
Б. Простые одноклеточные
1/облигатные внутриклеточные паразиты
Rickettsia , Coxiella , Chlamydia
2/свободноживущие
а. грамположительные:
кокки — Streptococcus , Staphylococcus
неспорообразующие палочки
Corynebacterium , Listeria , Erysipelothrix
спорообразующие палочки
в т.ч. обязательные аэробы — Bacillus
в т.ч. обязательные анаэробы — Clostridium
б. грамотрицательные:
кокки — Neisseria
некишечные палочки
в т.ч. спиральной формы — Spirillum
в т.ч. прямые, очень мелкие палочки
Pasteurella, Brucella, Yersinia, Francisella, Haemophilus, Bordetella
кишечные палочки
в т.ч. факультативные анаэробы
Escherichia, Salmonella, Shigella, Klebsiella, Proteus, Vibrio
в т.ч. облигатные аэробы — Pseudomonas
в т.ч. облигатные анаэробы — Bacteroides , Fusobacterium
4.Без клеточных стенок — Mycoplasma , Ureaplasma
3. Строение бактериальной клетки
Обязательными органоидами являются: ядерный аппарат, цитоплазма, цитоплазматическая мембрана.
Необязательными (второстепенными) структурными элементами являются: клеточная стенка, капсула, споры, пили, жгутики.
1. В центре бактериальной клетки находится нуклеоид — ядерное образование, представленное чаще всего одной хромосомой кольцевидной формы. Состоит из двухцепочечной нити ДНК. Нуклеоид не отделен от цитоплазмы ядерной мембраной.
2. Цитоплазма- сложная коллоидная система, содержащая различные включения метаболического происхождения (зерна волютина, гликогена, гранулезы и др.), рибосомы и другие элементы белоксинтезирующей системы, плазмиды (вненуклеоидное ДНК), мезосомы (образуются в результате инвагинации цитоплазматической мембраны в цитоплазму, участвуют в энергетическом обмене, спорообразовании, формировании межклеточной перегородки при делении).
3. Цитоплазматическая мембрана ограничивает с наружной стороны цитоплазму, имеет трехслойное строение и выполняет ряд важнейших функций- барьерную (создает и поддерживает осмотическое давление), энергетическую (содержит многие ферментные системы- дыхательные, окислительно- восстановительные, осуществляет перенос электронов), транспортную (перенос различных веществ в клетку и из клетки).
4. Клеточная стенка- присуща большинству бактерий (кроме микоплазм, ахолеплазм и некоторых других не имеющих истинной клеточной стенки микроорганизмов). Она обладает рядом функций, прежде всего обеспечивает механическую защиту и постоянную форму клеток, с ее наличием в значительной степени связаны антигенные свойства бактерий. В составе — два основных слоя, из которых наружный- более пластичный, внутренний- ригидный.
Основное химическое соединение клеточной стенки, которое специфично только для бактерий- пептидогликан (муреиновые кислоты). От структуры и химического состава клеточной стенки бактерий зависит важный для систематики признак бактерий- отношение к окраске по Граму. В соответствии с ним выделяют две большие группы- грамположительные (“грам+”) и грамотрицательные (“грам — “) бактерии. Стенка грамположительных бактерий после окраски по Граму сохраняет комплекс йода с генциановым фиолетовым (окрашены в сине- фиолетовый цвет), грамотрицательные бактерии теряют этот комплекс и соответствующий цвет после обработки и окрашены в розовый цвет за счет докрашивания фуксином.
Особенности клеточной стенки грамположительных бактерий.
Мощная, толстая, несложно организованная клеточная стенка, в составе которой преобладают пептидогликан и тейхоевые кислоты, нет липополисахаридов (ЛПС), часто нет диаминопимелиновой кислоты.
Особенности клеточной стенки грамотрицательных бактерий.
Клеточная стенка значительно тоньше, чем у грамположительных бактерий, содержит ЛПС, липопротеины, фосфолипиды, диаминопимелиновую кислоту. Устроена более сложно- имеется внешняя мембрана, поэтому клеточная стенка трехслойная.
При обработке грамположительных бактерий ферментами, разрушающими пептидогликан, возникают полностью лишенные клеточной стенки структуры- протопласты. Обработка грамотрицательных бактерий лизоцимом разрушает только слой пептидогликана, не разрушая полностью внешней мембраны; такие структуры называют сферопластами. Протопласты и сферопласты имеют сферическую форму (это свойство связано с осмотическим давлением и характерно для всех безклеточных форм бактерий).
L — формы бактерий.
Под действием ряда факторов, неблагоприятно действующих на бактериальную клетку (антибиотики, ферменты, антитела и др.), происходит L — трансформация бактерий, приводящая к постоянной или временной утрате клеточной стенки. L- трансформация является не только формой изменчивости, но и приспособления бактерий к неблагоприятным условиям существования. В результате изменения антигенных свойств (утрата О- и К- антигенов), снижения вирулентности и других факторов L- формы приобретают способность длительно находиться (персистировать ) в организме хозяина, поддерживая вяло текущий инфекционный процесс. Утрата клеточной стенки делает L- формы нечувствительными к антибиотикам, антителам и различным химиопрепаратам, точкой приложения которых является бактериальная клеточная стенка. Нестабильные L- формы способны реверсировать в классические (исходные) формы бактерий, имеющие клеточную стенку. Имеются также стабильные L- формы бактерий, отсутствие клеточной стенки и неспособность реверстровать которых в классические формы бактерий закреплены генетически. Они по ряду признаков очень напоминают микоплазмы и другие молликуты — бактерии, у которых клеточная стенка отсутствует как таксономический признак. Микроорганизмы, относящиеся к микоплазмам — самые мелкие прокариоты, не имеют клеточной стенки и как все бактериальные бесстеночные структуры имеют сферическую форму.
К поверхностным структурам бактерий (необязательным, как и клеточная стенка), относятся капсула, жгутики, микроворсинки.
Капсула или слизистый слой окружает оболочку ряда бактерий. Выделяют микрокапсулу, выявляемую при электронной микроскопии в виде слоя микрофибрилл, и макрокапсулу, обнаруживаемую при световой микроскопии. Капсула является защитной структурой (прежде всего от высыхания), у ряда микробов- фактором патогенности, препятствует фагоцитозу, ингибирует первые этапы защитных реакций- распознавание и поглощение. У сапрофитов капсулы образуются во внешней среде, у патогенов- чаще в организме хозяина. Существут ряд методов окраски капсул в зависимости от их химического состава. Капсула чаще состоит из полисахаридов (наиболее распространенная окраска- по Гинсу ), реже- из полипептидов.
Жгутики. Подвижные бактерии могут быть скользящие (передвигаются по твердой поверхности в результате волнообразных сокращений) или плавающие, передвигающиеся за счет нитевидных спирально изогнутых белковых (флагеллиновых по химическому составу) образований- жгутиков.
По расположению и количеству жгутиков выделяют ряд форм бактерий.
1.Монотрихи — имеют один полярный жгутик.
2.Лофотрихи — имеют полярно расположенный пучок жгутиков.
3.Амфитрихи — имеют жгутики по диаметрально противоположным полюсам.
4.Перитрихи — имеют жгутики по всему периметру бактериальной клетки.
Способность к целенаправленному движению (хемотаксис, аэротаксис, фототаксис) у бактерий генетически детерминирована.
Фимбрии или реснички — короткие нити, в большом количестве окружающую бактериальную клетку, с помощью которых бактерии прокрепляются к субстратам (например, к поверхности слизистых оболочек). Таким образом, фимбрии являются факторами адгезии и колонизации .
F — пили (фактор фертильности) — аппарат конъюгации бактерий, встречаются в небольшом количестве в виде тонких белковых ворсинок.
Эндоспоры и спорообразование.
Спорообразование — способ сохранения определенных видов бактерий в неблагоприятных условиях среды. Эндоспоры образуются в цитоплазме, представляют собой клетки с низкой метаболической активностью и высокой устойчивостью (резистентностью ) к высушиванию, действию химических факторов, высокой температуры и других неблагоплиятных факторов окружающей среды. При световой микроскопии часто используют метод выявления спор по Ожешко. Высокая резистентность связана с большим содержанием кальциевой соли дипиколиновой кислоты в оболочке спор. Расположение и размеры спор у различных микроорганизмов отличается, что имеет дифференциально- диагностическое (таксономическое) значение. Основные фазы “жизненного цикла” спор- споруляция (включает подготовительную стадию, стадию предспоры, образования оболочки, созревания и покоя) и прорастание, заканчивающееся образованием вегетативной формы. Процесс спорообразования генетически обусловлен.
Некультивируемые формы бактерий.
У многих видов грамотрицательных бактерий, не образующих спор, существует особое приспособительное состояние- некультивируемые формы. Они обладают низкой метаболической активностью и активно не размножаются, т.е. не образуют колоний на плотных питательных средах, при посевах не выявляются. Обладают высокой устойчивостью и могут сохранять жизнеспособность в течение нескольких лет. Не выявляются классическими бактериологическими методами, обнаруживаются только при помощи генетических методов ( полимеразной цепной реакции- ПЦР ).
4. Морфологическая характеристика грибов
Грибы и простейшие имеют четко ограниченное ядро и относятся к эукариотам. Грибы крупнее бактерий, в эволюционном плане близки к растениям (наличие клеточной стенки, содержащей хитин или целлюлозу, вакуолей с клеточным соком, неспособность к перемещению, видимое движение цитоплазмы). Ядерный материал грибов отделен от цитоплазмы ядерной мембраной. Дрожжевые грибы образуют отдельные овальные клетки. Плесневые грибы формируют клеточные нитеподобные структуры- гифы. Мицелий- переплетение гифов- основная морфологическая структура. У низших грибов мицелий одноклеточный, не имеет внутренних перегородок (септ ). Грибы размножаются половым и бесполым (вегетативным) способом. При вегетативном размножении образуются специализированные репродуктивные структуры — споры — конидии. Они могут располагаться в специализированных вместилищах — спорангиях (эндоспоры) или отшнуровываться от плодоносящих гиф (экзоспоры). Реже наблюдают образование спор внутри клеток (оидии), являющихся сегментами гиф. Дрожжевые клетки размножаются почкованием, мицелий не образуют. Половое размножение включает взаимодействие специализированных клеток, имеющих существенные различия в морфологии у различных грибов и часто используемых как дифференциально- диагностический признак.
Для большинства видов грибов, имеющих медицинское значение, характерно наличие конидий (или экзоспор), являющихся формами неполового размножения. Их классификация во многом основывается на морфологических формах конидий. Их наиболее частые формы- бластопоры, хламидоспоры, артроспоры, конидиоспоры .
Бластоспоры — простые структуры, котрые образуются в результате почкования, с последующим отделением почки от родительской клетки, например у дрожжевых грибов.
Хламидоспоры образуются в результате увеличения гифальных клеток с образованием толстой оболочки, защищающей споры от неблагоприятных условий окружающей среды.
Артроспоры — споры, образующиеся путем фрагментации гиф на отдельные клетки. Они встречаются у дрожжеподобных грибов, возбудителя кокцидиоидоза, тканевых форм дерматофитов в волосе, кожных чешуйках и в ногтях.
Конидиоспоры — зрелые наружные споры, возникающие на дифференцированных конидиофорах (конидионосцах), отличающихся от других нитей мицелия по форме и размерам (у аспергилл, пеницилл) или располагающиеся по бокам и на концах любой ветви мицелия, прикрепляясь к ней непосредственно или тонкой ножкой.
К эндоспорам совершенных грибов относятся спорангиоспоры мукоровых грибов, развивающихся в специальных органах (спорангиях), располагающихся на вершине спорангиеносца. Споры освобождаются при разрыве стенки спорангия.
Эндоспоры обнаруживают также у тканевых форм возбудителей кокцидиоидоза. Они развиваются в круглых образованиях — сферулах, при разрыве стенки зрелой сферулы попадают во внешнюю среду.
Основное функциональное отличие спор у бактерий и грибов: у бактерий споры обеспечивают переживание в неблагоприятных условиях окружающей среды, у грибов образование спор- способ размножения.
5. Морфологическая характеристика актиномицетов (лучистых грибов по старым классификациям)
Актиномицеты — формы бактерий, имеющие истинный, не имеющий перегородок мицелий. Мицелиальный (в виде ветвящихся нитей) рост этих грамположительных бактерий придает им внешнее сходство с грибами. Это сходство усиливается вследствие наличия у высших форм актиномицетов наружных неполовых спор, которые называются конидиями.
В отличие от грибов, актиномицеты имеют прокариотическое строение клетки, не содержат в клеточной стенке хитина или целлюлозы, размножаются только бесполым путем. У низших актиномицетов мицелий фрагментируется на типичные одноклеточные бактерии. Мицелий актиномицетов подразделяют на субстратный (в субстрате) и воздушный. К мицелиальным бактериям относят микобактерии, рода накардий и актиномицетов, несколько родов высших актиномицет.
Представители рода Mycobacterium, в который входят возбудители туберкулеза, являются кислотоустойчивыми микроорганизмами, плохо воспринимающими краски. Их высокая резистентность во внешней среде, кислотоустойчивость и ряд других свойств связан с особым составом клеточной стенки, большим содержанием липидов и воска.
У представителей родов Actinomycesи Nocardiaмицелий выражен в значительно большей степени, чем у микобактерий, однако в старых культурах они также проявляют тенденцию фрагментироваться на отдельные клетки неправильной формы. Микроорганизмы рода Actinomyces являются анаэробами, Nocardia — аэробами, многие из которых проявляют кислотоустойчивость.
Микроорганизмы, относящиеся к высшим актиномицетам (рода Streptomyces, Micromonospora) образуют мицелий и размножаются наружными неполовыми спорами или конидиями. Обычным местом обитания для большинства из них является почва. Однако ряд видов актиномицет и нокардий могут инфицировать раны и вызывать образование абсцессов. Для актиномицетов характерно образование друз — плотных “зерен” в гное, представляющих собой беспорядочно переплетенные в центре нити мицелия с радиально отходящими на периферию колбовидно расширенными на концах “дубинками”. С некоторыми актиномицетами (например, стрептомицетами) связана способность выработки антибиотиков.
6. Морфологическая характеристика простейших
Имеют эукариотическое строение клетки и значительно более сложную функциональную и морфологическую организацию по сравнению с бактериями и грибами. Снаружи тело простейших покрывает эластичная и ригидная пелликула, образованная внешним слоем цитоплазмы. У некоторых видов клеточная мембрана может включать опорные фибриллы и даже минеральный скелет. Простейшие могут иметь несколько ядер. Многие простейшие способны активно двигаться за счет псевдоподий, жгутиков или ресничек. Жизненный цикл паразитических простейших нередко включает образование промежуточных форм в различных хозяевах. Основные классы простейших: саркодовые или амебы — наиболее просто устроенные простейшие, споровики (малярийные плазмодии, токсоплазмы, пневмоцисты, бабезии), жгутиконосцы (трихомонады, лейшмании), инфузории. Простейшие очень широко распространены, достаточно сказать, что малярийными плазмодиями и токсоплазмами в сумме поражено до трети населения земного шара. Всего известно около 7 тысяч видов простейших, патогенных для различных растений, животных, человека, непатогенных- во много раз больше. Простейших изучает наука протозоология .
Литература:
1. Маялский А.Н. «Микробиология», 1999.
2. Коралюк А.М. «Медицинская микробиология», 2002.
3. Дерябин Д.Г. «Стафилококки: экология и патогенность», 2000.
4. Определитель бактерий Берджи, в 2-х томах.
5. Шуб Г.М., Корженевич В.И. «Краткий курс медицинской микробиологии», 2001.
www.ronl.ru
Реферат:Систематика и морфология микроорганизмов
1. Систематика микроорганизмов Систематика - распределение микроорганизмов в соответствии с их происхождением и биологическим сходством. Систематика занимается всесторонним описанием видов организмов, выяснением степени родственных отношений между ними и объединением их в различные по уровню родства классификационные единицы- таксоны. Основные вопросы, решаемые при систематике (три аспекта, три кита систематики)- классификация, идентификация и номенклатура. Классификация - распределение (объединение) организмов в соответствии с их общими свойствами (сходными генотипическими и фентипическими признаками) по различным таксонам. Таксономия - наука о методах и принципах распределения (классификации) организмов в соответствии с их иерархией. Наиболее часто используют следующие таксономические единицы (таксоны)- штамм, вид, род. Последующие более крупные таксоны - семейство, порядок, класс. В современном представлении вид в микробиологии - совокупность микроорганизмов, имеющих общее эволюционное происхождение, близкий генотип (высокую степень генетической гомологии, как правило более 60%) и максимально близкие фенотипические характеристики. Нумерическая (численная) таксономия основывается на использовании максимального количества сопоставляемых признаков и математическом учете степени соответствия. Больщое число сравниваемых фенотипических признаков и принцип их равной значимости затрудняло классификацию. При изучении, идентификации и классификации микроорганизмов чаще всего изучают следующие (гено- и фенотипические) характеристики: 1. Морфологические - форма, величина, особенности взаиморасположения, структура. 2. Тинкториальные - отношение к различным красителям (характер окрашивания), прежде всего к окраске по Граму. По этому признаку все микроорганизмы делят на грамположительные и грамотрицательные. Морфологические свойства и отношение к окраску по Граму позволяют как правило отнести изучаемый микроорганизм к крупным таксонам- семейству, роду. 3. Культуральные - характер роста микроорганизма на питательных средах. 4. Биохимические - способность ферментировать различные субстраты (углеводы, белки и аминокислоты и др.), образовывать в процессе жизнедеятельности различные биохимические продукты за счет активности различных ферментных систем и особенностей обмена веществ. 5. Антигенные - зависят преимущественно от химического состава и строения клеточной стенки, наличия жгутиков, капсулы, распознаются по способности макроорганизма (хозяина) вырабатывать антитела и другие формы иммунного ответа, выявляются в иммунологических реакциях. 6. Физиологические- способы углеводного (аутотрофы, гетеротрофы), азотного (аминоавтотрофы, аминогетеротрофы) и других видов питания, тип дыхания (аэробы, микроаэрофилы, факультативные анаэробы, строгие анаэробы). 7. Подвижность и типы движения. 8. Способность к спорообразованию, характер спор. 9. Чувствительность к бактериофагам, фаготипирование. 10. Химический состав клеточных стенок - основные сахара и аминокислоты, липидный и жинокислотный состав. 11. Белковый спектр (полипептидный профиль). 12. Чувствительность к антибиотикам и другим лекарственным препаратам. 13. Генотипические (использование методов геносистематики). В последние десятилетия для классификации микроорганизмов, помимо их фенотипических характеристик (см. пп.1 - 12), все более широко и эффективно используются различные генетические методы (изучение генотипа - генотипических свойств). Используются все более совершенные методы - рестрикционный анализ, ДНК - ДНК гибридизация, ПЦР, сиквенс и др. В основе большинства методов лежит принцип определения степени гомологии генетического материала (ДНК, РНК). При этом чаще исходят из условного допущения, что степень гомологии более 60% ( для некоторых групп микроорганизмов- 80%) свидетельствует о принадлежности микроорганизмов к одному виду (различные генотипы - один геновид), 40- 60%- к одному роду. Идентификация. Основные фено- и генотипические характеристики, используемые для классификации микроорганизмов, используются и для идентификации, т.е. установления их таксономического положения и прежде всего видовой принадлежности- наиболее важного аспекта микробиологической диагностики инфекционных заболеваний. Идентификация осуществляется на основе изучения фено- и генотипических характеристик изучаемого инфекционного агента и сравнения их с характеристиками известных видов. При этой работе часто применяют эталонные штаммы микроорганизмов, стандартные антигены и иммунные сыворотки к известным прототипным микроорганизмам. У патогенных микроорганизмов чаще изучают морфологические, тинкториальные, культуральные, биохимические и антигенные свойства. Номенклатура - название микроорганизмов в соответствии с международными правилами. Для обозначения видов бактерий используют бинарную латинскую номенклатуру род/вид, состоящую из названия рода (пишется с заглавной буквы) и вида (со строчной буквы). Примеры- Shigella flexneri, Rickettsia sibirica. В микробиологии часто используется и ряд других терминов для характеристики микроорганизмов. Штамм - любой конкретный образец (изолят) данного вида. Штаммы одного вида, различающиеся по антигенным характеристикам, называют серотипами (серовариантами- сокращенно сероварами), по чувствительности к специфическим фагам - фаготипами, биохимическим свойствам - хемоварами, по биологическим свойствам - биоварами и т.д. Колония- видимая изолированная структура при размножении бактерий на плотных питательных средах, может развиваться из одной или нескольких родительских клеток. Если колония развилась из одной родительской клетки, то потомство называется клон. Культура- вся совокупность микроорганизмов одного вида, выросших на плотной или жидкой питательной среде. Основной принцип бактериологической работы - выделение и изучение свойств только чистых (однородных, без примеси посторонней микрофлоры) культур. 2. Морфология бактерий Прокариоты отличаются от эукариот по ряду основных признаков. 1. Отсутствие истинного дифференцированного ядра (ядерной мембраны). 2. Отсутствие развитой эндоплазматической сети, аппарата Гольджи. 3. Отсутствие митохондрий, хлоропластов, лизосом. 4. Неспособность к эндоцитозу (захвату частиц пищи). 5. Клеточное деление не связано с циклическими изменениями строения клетки. 6. Значительно меньшие размеры (как правило). Большая часть бактерий имеет размеры 0,5- 0,8 микрометров (мкм) х 2- 3 мкм. По форме выделяют следующие основные группы микроорганизмов. 1.Шаровидные или кокки ( с греч.- зерно). 2.Палочковидные. 3.Извитые. 4.Нитевидные. Кокковидные бактерии (кокки) по характеру взаиморасположения после деления подразделяются на ряд вариантов. 1. Микрококки. Клетки расположены в одиночку. Входят в состав нормальной микрофлоры, находятся во внешней среде. Заболеваний у людей не вызывают. 2. Диплококки. Деление этих микроорганизмов происходит в одной плоскости, образуются пары клеток. Среди диплококков много патогенных микроорганизмов- гонококк, менингококк, пневмококк. 3. Стрептококки. Деление осуществляется в одной плоскости, размножающиеся клетки сохраняют связь (не расходятся), образуя цепочки. Много патогенных микроорганизмов- возбудители ангин, скарлатины, гнойных воспалительных процессов. 4. Тетракокки. Деление в двух взаимоперпендикулярных плоскостях с образованием тетрад (т.е. по четыре клетки). Медицинского значения не имеют. 5. Сарцины. Деление в трех взаимоперпендикулярных плоскостях, образуя тюки (пакеты) из 8, 16 и большего количества клеток. Часто обнаруживают в воздухе. 6. Стафилококки (от лат.- гроздь винограда). Делятся беспорядочно в различных плоскостях, образуя скопления, напоминающие грозди винограда. Вызывают многочисленные болезни, прежде всего гнойно-воспалительные. Палочковидные формы микроорганизмов. 1.Бактерии- палочки, не образующие спор. 2.Бациллы- аэробные спорообразующие микробы. Диаметр споры обычно не превышает размера (“ширины”) клетки (эндоспоры). 3.Клостридии- анаэробные спорообразующие микробы. Диаметр споры больше поперечника (диаметра) вегетативной клетки, в связи с чем клетка напоминает веретено или теннисную ракетку. Необходимо иметь в виду, что термин “бактерия” часто используют для обозначения всех микробов- прокариот. В более узком (морфологическом) значении бактерии- палочковидные формы прокариот, не имеющих спор. Извитые формы микроорганизмов. 1.Вибрионы и кампилобактерии- имеют один изгиб, могут быть в форме запятой, короткого завитка. 2.Спириллы- имеют 2- 3 завитка. 3.Спирохеты- имеют различное число завитков, аксостиль- совокупность фибрилл, специфический для различных представителей характер движения и особенности строения (особенно концевых участков). Из большого числа спирохет наибольшее медицинское значение имеют представители трех родов- Borrelia, Treponema, Leptospira. Характеристика морфологии риккетсий, хламидий, микоплазм, более подробная характеристика вибрионов и спирохет будет дана в соответствующих разделах частной микробиологии. Данный раздел завершаем краткой характеристикой (ключем) для характеристики основных родов микроорганизмов, имеющих медицинское значение, на основе критериев, применяемых в определителе бактерий по Берджи (Berge). Таблица. Ключ к основным группам бактерий Основные группы бактерий - Роды бактерий 1. Изгибающиеся бактерии с тонкими стенками, подвижность обеспечивается за счет скольжения - скользящие бактерии Treponema 2. Изгибающиеся бактерии с тонкими стенками, подвижность связана с наличием осевой нити - спирохеты Borrelia, Leptospira 3. Ригидные бактерии с толстыми стенками, неподвижные или подвижные благодаря жгутикам - эубактерии А. Мицелиальные формы Mycobacterium, Actinomyces, Nocardia, Streptomyces Б. Простые одноклеточные 1/облигатные внутриклеточные паразиты Rickettsia, Coxiella, Chlamydia 2/свободноживущие а. грамположительные: кокки - Streptococcus, Staphylococcus неспорообразующие палочки Corynebacterium, Listeria, Erysipelothrix спорообразующие палочки в т.ч. обязательные аэробы - Bacillus в т.ч. обязательные анаэробы - Clostridium б. грамотрицательные: кокки - Neisseria некишечные палочки в т.ч. спиральной формы - Spirillum в т.ч. прямые, очень мелкие палочки Pasteurella, Brucella, Yersinia, Francisella, Haemophilus, Bordetella кишечные палочки в т.ч. факультативные анаэробы Escherichia, Salmonella, Shigella, Klebsiella, Proteus, Vibrio в т.ч. облигатные аэробы - Pseudomonas в т.ч. облигатные анаэробы - Bacteroides, Fusobacterium 4.Без клеточных стенок - Mycoplasma, Ureaplasma 3. Строение бактериальной клетки Обязательными органоидами являются: ядерный аппарат, цитоплазма, цитоплазматическая мембрана. Необязательными (второстепенными) структурными элементами являются: клеточная стенка, капсула, споры, пили, жгутики. 1. В центре бактериальной клетки находится нуклеоид - ядерное образование, представленное чаще всего одной хромосомой кольцевидной формы. Состоит из двухцепочечной нити ДНК. Нуклеоид не отделен от цитоплазмы ядерной мембраной. 2. Цитоплазма- сложная коллоидная система, содержащая различные включения метаболического происхождения (зерна волютина, гликогена, гранулезы и др.), рибосомы и другие элементы белоксинтезирующей системы, плазмиды (вненуклеоидное ДНК), мезосомы (образуются в результате инвагинации цитоплазматической мембраны в цитоплазму, участвуют в энергетическом обмене, спорообразовании, формировании межклеточной перегородки при делении). 3. Цитоплазматическая мембрана ограничивает с наружной стороны цитоплазму, имеет трехслойное строение и выполняет ряд важнейших функций- барьерную (создает и поддерживает осмотическое давление), энергетическую (содержит многие ферментные системы- дыхательные, окислительно- восстановительные, осуществляет перенос электронов), транспортную (перенос различных веществ в клетку и из клетки). 4. Клеточная стенка- присуща большинству бактерий (кроме микоплазм, ахолеплазм и некоторых других не имеющих истинной клеточной стенки микроорганизмов). Она обладает рядом функций, прежде всего обеспечивает механическую защиту и постоянную форму клеток, с ее наличием в значительной степени связаны антигенные свойства бактерий. В составе - два основных слоя, из которых наружный- более пластичный, внутренний- ригидный. Основное химическое соединение клеточной стенки, которое специфично только для бактерий- пептидогликан (муреиновые кислоты). От структуры и химического состава клеточной стенки бактерий зависит важный для систематики признак бактерий- отношение к окраске по Граму. В соответствии с ним выделяют две большие группы- грамположительные (“грам+”) и грамотрицательные (“грам - “) бактерии. Стенка грамположительных бактерий после окраски по Граму сохраняет комплекс йода с генциановым фиолетовым (окрашены в сине- фиолетовый цвет), грамотрицательные бактерии теряют этот комплекс и соответствующий цвет после обработки и окрашены в розовый цвет за счет докрашивания фуксином. Особенности клеточной стенки грамположительных бактерий. Мощная, толстая, несложно организованная клеточная стенка, в составе которой преобладают пептидогликан и тейхоевые кислоты, нет липополисахаридов (ЛПС), часто нет диаминопимелиновой кислоты. Особенности клеточной стенки грамотрицательных бактерий. Клеточная стенка значительно тоньше, чем у грамположительных бактерий, содержит ЛПС, липопротеины, фосфолипиды, диаминопимелиновую кислоту. Устроена более сложно- имеется внешняя мембрана, поэтому клеточная стенка трехслойная. При обработке грамположительных бактерий ферментами, разрушающими пептидогликан, возникают полностью лишенные клеточной стенки структуры- протопласты. Обработка грамотрицательных бактерий лизоцимом разрушает только слой пептидогликана, не разрушая полностью внешней мембраны; такие структуры называют сферопластами. Протопласты и сферопласты имеют сферическую форму (это свойство связано с осмотическим давлением и характерно для всех безклеточных форм бактерий). L- формы бактерий. Под действием ряда факторов, неблагоприятно действующих на бактериальную клетку (антибиотики, ферменты, антитела и др.), происходит L- трансформация бактерий, приводящая к постоянной или временной утрате клеточной стенки. L- трансформация является не только формой изменчивости, но и приспособления бактерий к неблагоприятным условиям существования. В результате изменения антигенных свойств (утрата О- и К- антигенов), снижения вирулентности и других факторов L- формы приобретают способность длительно находиться (персистировать) в организме хозяина, поддерживая вяло текущий инфекционный процесс. Утрата клеточной стенки делает L- формы нечувствительными к антибиотикам, антителам и различным химиопрепаратам, точкой приложения которых является бактериальная клеточная стенка. Нестабильные L- формы способны реверсировать в классические (исходные) формы бактерий, имеющие клеточную стенку. Имеются также стабильные L- формы бактерий, отсутствие клеточной стенки и неспособность реверстровать которых в классические формы бактерий закреплены генетически. Они по ряду признаков очень напоминают микоплазмы и другие молликуты - бактерии, у которых клеточная стенка отсутствует как таксономический признак. Микроорганизмы, относящиеся к микоплазмам - самые мелкие прокариоты, не имеют клеточной стенки и как все бактериальные бесстеночные структуры имеют сферическую форму. К поверхностным структурам бактерий (необязательным, как и клеточная стенка), относятся капсула, жгутики, микроворсинки. Капсула или слизистый слой окружает оболочку ряда бактерий. Выделяют микрокапсулу, выявляемую при электронной микроскопии в виде слоя микрофибрилл, и макрокапсулу, обнаруживаемую при световой микроскопии. Капсула является защитной структурой (прежде всего от высыхания), у ряда микробов- фактором патогенности, препятствует фагоцитозу, ингибирует первые этапы защитных реакций- распознавание и поглощение. У сапрофитов капсулы образуются во внешней среде, у патогенов- чаще в организме хозяина. Существут ряд методов окраски капсул в зависимости от их химического состава. Капсула чаще состоит из полисахаридов (наиболее распространенная окраска- по Гинсу), реже- из полипептидов. Жгутики. Подвижные бактерии могут быть скользящие (передвигаются по твердой поверхности в результате волнообразных сокращений) или плавающие, передвигающиеся за счет нитевидных спирально изогнутых белковых (флагеллиновых по химическому составу) образований- жгутиков. По расположению и количеству жгутиков выделяют ряд форм бактерий. 1.Монотрихи - имеют один полярный жгутик. 2.Лофотрихи - имеют полярно расположенный пучок жгутиков. 3.Амфитрихи - имеют жгутики по диаметрально противоположным полюсам. 4.Перитрихи - имеют жгутики по всему периметру бактериальной клетки. Способность к целенаправленному движению (хемотаксис, аэротаксис, фототаксис) у бактерий генетически детерминирована. Фимбрии или реснички - короткие нити, в большом количестве окружающую бактериальную клетку, с помощью которых бактерии прокрепляются к субстратам (например, к поверхности слизистых оболочек). Таким образом, фимбрии являются факторами адгезии и колонизации. F- пили (фактор фертильности) - аппарат конъюгации бактерий, встречаются в небольшом количестве в виде тонких белковых ворсинок. Эндоспоры и спорообразование. Спорообразование- способ сохранения определенных видов бактерий в неблагоприятных условиях среды. Эндоспоры образуются в цитоплазме, представляют собой клетки с низкой метаболической активностью и высокой устойчивостью (резистентностью) к высушиванию, действию химических факторов, высокой температуры и других неблагоплиятных факторов окружающей среды. При световой микроскопии часто используют метод выявления спор по Ожешко. Высокая резистентность связана с большим содержанием кальциевой соли дипиколиновой кислоты в оболочке спор. Расположение и размеры спор у различных микроорганизмов отличается, что имеет дифференциально- диагностическое (таксономическое) значение. Основные фазы “жизненного цикла” спор- споруляция (включает подготовительную стадию, стадию предспоры, образования оболочки, созревания и покоя) и прорастание, заканчивающееся образованием вегетативной формы. Процесс спорообразования генетически обусловлен. Некультивируемые формы бактерий. У многих видов грамотрицательных бактерий, не образующих спор, существует особое приспособительное состояние- некультивируемые формы. Они обладают низкой метаболической активностью и активно не размножаются, т.е. не образуют колоний на плотных питательных средах, при посевах не выявляются. Обладают высокой устойчивостью и могут сохранять жизнеспособность в течение нескольких лет. Не выявляются классическими бактериологическими методами, обнаруживаются только при помощи генетических методов ( полимеразной цепной реакции- ПЦР). 4. Морфологическая характеристика грибов Грибы и простейшие имеют четко ограниченное ядро и относятся к эукариотам. Грибы крупнее бактерий, в эволюционном плане близки к растениям (наличие клеточной стенки, содержащей хитин или целлюлозу, вакуолей с клеточным соком, неспособность к перемещению, видимое движение цитоплазмы). Ядерный материал грибов отделен от цитоплазмы ядерной мембраной. Дрожжевые грибы образуют отдельные овальные клетки. Плесневые грибы формируют клеточные нитеподобные структуры- гифы. Мицелий- переплетение гифов- основная морфологическая структура. У низших грибов мицелий одноклеточный, не имеет внутренних перегородок (септ). Грибы размножаются половым и бесполым (вегетативным) способом. При вегетативном размножении образуются специализированные репродуктивные структуры - споры - конидии. Они могут располагаться в специализированных вместилищах - спорангиях (эндоспоры) или отшнуровываться от плодоносящих гиф (экзоспоры). Реже наблюдают образование спор внутри клеток (оидии), являющихся сегментами гиф. Дрожжевые клетки размножаются почкованием, мицелий не образуют. Половое размножение включает взаимодействие специализированных клеток, имеющих существенные различия в морфологии у различных грибов и часто используемых как дифференциально- диагностический признак. Для большинства видов грибов, имеющих медицинское значение, характерно наличие конидий (или экзоспор), являющихся формами неполового размножения. Их классификация во многом основывается на морфологических формах конидий. Их наиболее частые формы- бластопоры, хламидоспоры, артроспоры, конидиоспоры. Бластоспоры - простые структуры, котрые образуются в результате почкования, с последующим отделением почки от родительской клетки, например у дрожжевых грибов. Хламидоспоры образуются в результате увеличения гифальных клеток с образованием толстой оболочки, защищающей споры от неблагоприятных условий окружающей среды. Артроспоры - споры, образующиеся путем фрагментации гиф на отдельные клетки. Они встречаются у дрожжеподобных грибов, возбудителя кокцидиоидоза, тканевых форм дерматофитов в волосе, кожных чешуйках и в ногтях. Конидиоспоры - зрелые наружные споры, возникающие на дифференцированных конидиофорах (конидионосцах), отличающихся от других нитей мицелия по форме и размерам (у аспергилл, пеницилл) или располагающиеся по бокам и на концах любой ветви мицелия, прикрепляясь к ней непосредственно или тонкой ножкой. К эндоспорам совершенных грибов относятся спорангиоспоры мукоровых грибов, развивающихся в специальных органах (спорангиях), располагающихся на вершине спорангиеносца. Споры освобождаются при разрыве стенки спорангия. Эндоспоры обнаруживают также у тканевых форм возбудителей кокцидиоидоза. Они развиваются в круглых образованиях - сферулах, при разрыве стенки зрелой сферулы попадают во внешнюю среду. Основное функциональное отличие спор у бактерий и грибов: у бактерий споры обеспечивают переживание в неблагоприятных условиях окружающей среды, у грибов образование спор- способ размножения. 5. Морфологическая характеристика актиномицетов (лучистых грибов по старым классификациям) Актиномицеты - формы бактерий, имеющие истинный, не имеющий перегородок мицелий. Мицелиальный (в виде ветвящихся нитей) рост этих грамположительных бактерий придает им внешнее сходство с грибами. Это сходство усиливается вследствие наличия у высших форм актиномицетов наружных неполовых спор, которые называются конидиями. В отличие от грибов, актиномицеты имеют прокариотическое строение клетки, не содержат в клеточной стенке хитина или целлюлозы, размножаются только бесполым путем. У низших актиномицетов мицелий фрагментируется на типичные одноклеточные бактерии. Мицелий актиномицетов подразделяют на субстратный (в субстрате) и воздушный. К мицелиальным бактериям относят микобактерии, рода накардий и актиномицетов, несколько родов высших актиномицет. Представители рода Mycobacterium, в который входят возбудители туберкулеза, являются кислотоустойчивыми микроорганизмами, плохо воспринимающими краски. Их высокая резистентность во внешней среде , кислотоустойчивость и ряд других свойств связан с особым составом клеточной стенки, большим содержанием липидов и воска. У представителей родов Actinomyces и Nocardia мицелий выражен в значительно большей степени, чем у микобактерий, однако в старых культурах они также проявляют тенденцию фрагментироваться на отдельные клетки неправильной формы. Микроорганизмы рода Actinomyces являются анаэробами, Nocardia - аэробами, многие из которых проявляют кислотоустойчивость. Микроорганизмы, относящиеся к высшим актиномицетам (рода Streptomyces, Micromonospora) образуют мицелий и размножаются наружными неполовыми спорами или конидиями. Обычным местом обитания для большинства из них является почва. Однако ряд видов актиномицет и нокардий могут инфицировать раны и вызывать образование абсцессов. Для актиномицетов характерно образование друз - плотных “зерен” в гное, представляющих собой беспорядочно переплетенные в центре нити мицелия с радиально отходящими на периферию колбовидно расширенными на концах “дубинками”. С некоторыми актиномицетами (например, стрептомицетами) связана способность выработки антибиотиков. 6. Морфологическая характеристика простейших Имеют эукариотическое строение клетки и значительно более сложную функциональную и морфологическую организацию по сравнению с бактериями и грибами. Снаружи тело простейших покрывает эластичная и ригидная пелликула, образованная внешним слоем цитоплазмы. У некоторых видов клеточная мембрана может включать опорные фибриллы и даже минеральный скелет. Простейшие могут иметь несколько ядер. Многие простейшие способны активно двигаться за счет псевдоподий, жгутиков или ресничек. Жизненный цикл паразитических простейших нередко включает образование промежуточных форм в различных хозяевах. Основные классы простейших: саркодовые или амебы - наиболее просто устроенные простейшие, споровики (малярийные плазмодии, токсоплазмы, пневмоцисты, бабезии), жгутиконосцы (трихомонады, лейшмании), инфузории. Простейшие очень широко распространены, достаточно сказать, что малярийными плазмодиями и токсоплазмами в сумме поражено до трети населения земного шара. Всего известно около 7 тысяч видов простейших, патогенных для различных растений, животных, человека, непатогенных- во много раз больше. Простейших изучает наука протозоология.
Литература: 1. Маялский А.Н. «Микробиология», 1999. 2. Коралюк А.М. «Медицинская микробиология», 2002. 3. Дерябин Д.Г. «Стафилококки: экология и патогенность», 2000. 4. Определитель бактерий Берджи, в 2-х томах. 5. Шуб Г.М., Корженевич В.И. «Краткий курс медицинской микробиологии», 2001.
bukvasha.ru
