Морфология микроорганизмов. Структура бактериальной клетки и методы ее исследования. Строение бактерий Спорообразование и половое размножение

Основные группы микроорганизмов и принципы их классифика­ции. Ветеринарная микробиология изучает бактерии, вирусы, па­тогенные грибы, риккетсии, микоплазмы, хламидии. Для класси­фикации микроорганизмов используют комплекс признаков: фенотипические (морфология, культуральные, физиологические и другие свойства) и генотипические (структуры и гибридизация ДНК для установления гомологии). Методы геносистематики по­зволяют определять микроорганизмы не по сходству их призна­ков, а по степени родства.

Определение вида микроорганизма в практической работе проводят по его основным свойствам: морфологии, росту на питательных средах, биохимическим свойствам, отношению к различным краскам, по антигенным свойствам, патогенности для животных и др. По этим признакам находят место изучаемого микроба в классификационной таблице определителя.

Для обозначения видов принята двойная (бинарная) номен­клатура - название каждого микроба состоит из двух слов: пер­вое слово обозначает род, пишется с прописной буквы; второе - обозначает вид и пишется со строчной буквы. Например, возбу­дитель сибирской язвы - Bacillus anthracis, возбудитель мыта - Streptococcus equi.

Классификация бактерий. Бактерии - микроскопические представители растительного мира - объединены в царство про­кариотов, которое включает отделы, разделенные на классы, по­рядки, семейства, роды, виды.

Вид - основная таксономическая единица. Бактерии с от­клонениями от типичных свойств вида называют подвидом, при отличии по каким-то отдельным свойствам - вариантом (например, по серологическим свойствам - серологический ва­риант, или серовар).

Патогенные для животных бактерии есть в двух классах: 1) в классе шизомицет - возбудители мелиоидоза, кампилобактериоза, болезни укуса крыс, бруцеллеза, туберкулеза, лептоспироза и др. В отдельные семейства выделены возбудители риккетсиозов и хламидиозов; 2) в классе молликутов - возбудители микоплаз­мозов животных: контагиозной плевропневмонии крупного рога­того скота, агалактии овец и коз и др.

Классификация вирусов. Она проводится по типу нуклеиновой кислоты, числу нитей в ней, относительной молекулярной массе, размеру и особенностям строения- вирусных частиц и репродук­ции вирусов, кругу хозяев, патогенности, способам передачи. Вирусы делятся на две группы: содержащие дезоксирибонуклеиновую кислоту (ДНК) и содержащие рибонуклеиновую кислоту (РНК).

К ДНК-содержащим вирусам относят: аденовирусы (возбудители аденовирусных болезней животных); герпесвирусы (возбудители болезней Ауески и Марека, ринопневмонии лоша­дей, инфекционного ринотрахеита крупного рогатого скота); паповавирусы (вирусы бородавок рогатого скота и собак); парвовирусы (парвовирусные инфекции свиней, собак, кошек, крупного рогатого скота, кроликов, гусей, алеутская болезнь норок, панлейкопения кошек); поксвирусы (возбудители оспы животных, миксоматоза кроликов, эктимы овец).

К РНК-содержащим вирусам принадлежат: бунъявирусы (возбудители болезни Акабане, лихорадки долины Рифт, болезни Найроби); калицивирусы (вирус везикулярной экзантемы свиней, морских львов Сан-Мигель, калицивирус кошек, возбу­дитель геморрагической болезни кроликов); коропавирусы (вирус инфекционного бронхита птиц, трансмиссивного гастроэнтерита свиней); орбивирусы (вирус инфекционной катаральной лихорад­ки овец, африканской чумы лошадей, эпизоотической геморра­гической болезни оленей); ортомиксовирусы (возбудители гриппа животных); парамиксовирусы (возбудители ныокаслской болезни, парагриппа, чумы плотоядных, чумы крупного рогатого скота); пестивирусы (вирус классической чумы свиней, диареи крупного рогатого скота); пикорнавирусы (возбудители ящура, энтеровирусы животных, возбудители везикулярной болезни свиней, болез­ни Тешена); рабдовирусы (возбудители бешенства, везикулярного стоматита); ретровирусы (возбудители лейкоза животных, вирус висны-маэди овец); тогавирусы (возбудители энцефаломиелитов лошадей - восточного, западного и венесуэльского, японского энцефалита, менингоэнцефалита индеек). Ряд вирусов пока еще не классифицирован.

В практической работе выделенные вирусы определяют путем фильтрации через фильтры с определенными размерами пор, электронной микроскопией, по чувствительности к эфиру и дезоксихолату, определенным показателям рН и химическим веще­ствам, позволяющим установить тип нуклеиновой кислоты, по способности размножаться в куриных эмбрионах, культурах кле­ток и организме специфически восприимчивых животных.

Классификация грибов. Грибы - растительные микроорганиз­мы, не содержащие хлорофилла. Их насчитывают более 100 тыс. видов, объединенных в 20 классов. Болезни животных вызывают грибы, относящиеся к классам фикомицетов, аскомицетов (сум­чатых), базидиомицетов и несовершенных грибов.

Морфология и строение бактерий. Бактерии (от греч. bacte­ria - палочка) - преимущественно одноклеточные микроорга­низмы, имеющие клеточную стенку, ДНК и РНК, неоформлен­ное ядро без оболочки, лишены хлорофилла, размножаются про­стым делением. Спорообразующие аэробные бактерии называют бациллами (например, возбудитель сибирской язвы), анаэроб­ные - клостридиями (возбудители столбняка, брадзота). Величи­на бактерий от 0,1 до 20 мкм. Форма и размеры их могут изме­няться в зависимости от внешних условий. Но при определенных стабильных условиях бактерии сохраняют постоянно присущую данному виду морфологию, выработанную в процессе эволюции. Различают 4 основные формы бактерий: шаровидные (кокки), палочковидные (бактерии, бациллы и клостридии), извитые спи­ралевидные (вибрионы, спириллы), нитевидные (хламидобактерии) (рис. 1).

Кокки чаще имеют форму шара. По взаимораспо­ложению, зависящему от плоскости деления, их можно разделить на группы: микрококки, расположенные одиночно и беспорядоч­но; диплококки - парные кокки; стрептококки - цепочки кок­ков; тетракокки, расположенные по четыре клетки; сарцины - пакеты кокков в несколько рядов; стафилококки - скопления кокков, напоминающие виноградные грозди.

Палочковидные (цилиндрические) бактерии, бациллы и клостри­дии бывают короткими, длинными, с закругленными, обрублен­ными или заостренными концами. Парные палочки называют диплобактериями, цепочки палочек - стрептобактериями. У некоторых бактерий обнаруживают боковые выросты или булаво­видные утолщения на концах клетки.

Извитые спиралевидные бактерии: вибрионы, изогнутость тел которых не превышает, одной четверти оборота; спириллы и спи­рохеты - с изгибами из одного или нескольких оборотов.

Рис. 1. Основные формы бактерий:

1 - стафилококки; 2 и 3 - диплококки; 4 - стрептококки; 5 - тетракокки; 6 - сарцины;
7, 8 и 9 - различные виды палочек; 10 - вибрионы; 11 - спириллы; 12 - спирохеты

Нитевидные - серобактерии, железобактерии - непатогенные обитатели водоемов.

Строение бактерий. Бактерии состоят из оболочки, цитоплазмы, нуклеоида (ядра) и других структур (рис. 2). Оболоч­ка бактерий - тонкая пленка, в которой заключено содержимое бактериальной клетки. Придает бактериям определенную форму, через нее проходят необходимые для жизнедеятельности клетки вещества и выводятся ненужные продукты обмена веществ. За­щищает бактерию от воздействия вредных факторов внешней среды. Состоит из клеточной стенки и цитоплазматической мем­браны. У бактерий некоторых видов имеется капсула.

Клеточная стенка бактерий состоит из наружного (липопротеидного), среднего (липополисахаридного) и внутреннего (ригид­ного, мукополимерного) слоев. Она проницаема для солей, со­держит ферменты. К ее внутренней поверхности прилегает цитоплазматическая мембрана, состоящая из липидного и протеинового слоев. Она также содержит ферменты и играет роль осмотического барьера. Если действием лизоцима раство­рить клеточную стенку, то такая бактерия превращается в про­топласт.

Цитоплазма бактерий - внутреннее содержимое клетки. Это коллоидная система, состоящая из воды, белков, нуклеиновых кислот и других веществ. В ней происходят сложные процессы обмена веществ. Цитоплазма содержит мелкие зерна - ри­босомы (рибонуклеопротеиды), функция которых - синтез белка; плазмиды - генетические внехромосомные структуры в виде молекул ДНК; различные включения - гранулы волютина, липопротеиновые тела, гликоген, гранулезу, пигментные скопле­ния, серу, кальций - это резерв питательных веществ клетки или конечные продукты ее обмена; вакуоли, число которых увеличи­вается по мере старения клетки; мезосомы - особые мембранные системы, участвующие в обмене веществ и делении клетки. Су­ществует две группы бактерий, цитоплазма которых имеет раз­ный химический состав. Одни окрашиваются по Граму положи­тельно, другие - отрицательно, что имеет большое значение при дифференциальной диагностике.

Рис. 3. Жгутики бактерий:

1 - монотрихи; 2 - амфитрихи; 3 - лофотрихи; 4 - перитрихи

Нуклеоид (ядро) - плотный хроматиновый тяж в центре бакте­рии, состоит из клубка двойных нитей ДНК.

Жгутики - цитоплазматические тонкие и длинные нити (рис. 3), состоящие из белка - флагелина; обеспечивают движе­ние бактерии. Их обнаруживают с помощью особых методов ок­раски или при исследовании в электронном микроскопе. Бакте­рии по расположению жгутиков и их числу делятся на: моно­трихи - с одним жгутиком на конце; амфшприхи - с двумя полярно расположенными жгутиками; лофотрихи - с пучком жгутиков на одном конце клетки; перитрихи - жгутики распола­гаются по всей поверхности клетки. Характер движения бактерий зависит от числа жгутиков и их расположения, возраста культуры, температуры инкубирования, наличия химических веществ и дру­гих факторов. Наиболее подвижны моно- и лофотрихи, они дви­жутся прямолинейно. Перитрихи движутся беспорядочно.

Подвижность бактерий устанавливают специальными метода­ми. Это свойство используют для дифференциации бактерий.

Кроме активной подвижности микробы способны к молекуляр­ному (пассивному) броуновскому движению, что нужно учиты­вать при оценке степени подвижности бактерий.

Бахромки (пили, реснички, ворсинки) покрывают тело бакте­рий отдельных видов. Они короче и тоньше жгутиков.

Споры - одна из стадий развития бацилл и клостридий, выра­ботанная в процессе эволюции в борьбе за сохранение вида. Спорообразование начинается с появления в клетке спорогенной зоны, затем образуется проспора и, наконец, зрелая спора. Это сопровождается уплотнением цитоплазмы, концентрацией ядер­ной субстанции и формированием плотной трехслойной оболоч­ки. Споры образуются при воздействии неблагоприятных факто­ров (недостаток питательных веществ), старении культуры, а также при определенной температуре и степени аэрации. Так, возбудитель сибирской язвы образует споры при доступе кисло­рода, а возбудитель столбняка - в его отсутствие. Споры устой­чивы, длительно сохраняются в неблагоприятных условиях, вы­держивают кипячение и действие концентрированных дезинфи­цирующих веществ. Вблагоприятных условиях они прорастают в вегетативные клетки. Споры могут располагаться в разных частях микробной клетки, диаметр спор может превышать поперечник бактериальной клетки.

Морфология и строение актиномицетов (лучистых грибов). Клетки актиномицетов - тонкие ветвящиеся нити (гифы) без перегородок, поэтому все разветвление представляет как бы одну клетку. Размножаются с помощью воздушных спор, образующих­ся на ветках мицелия, или путем фрагментации - распада цито­плазмы на отдельные клетки. Гифы актиномицетов имеют обо­лочку, в цитоплазме обнаруживают вакуоли, различные включе­ния, диффузно расположенную ядерную субстанцию. Таким образом, по морфологии, диффузному ядру, свойствам цитоплаз­мы и оболочки, отношению к краскам и питательным веществам актиномицеты сходны с бактериями, а по способу размножения (образование спор и их прорастание) сходны с низшими гриба­ми. В настоящее время их принято относить к бактериям, а не к грибам (цв. табл. 1).

Из патогенных актиномицетов известны возбудители актиномикоза животных и человека. В пораженных тканях мицелий гриба образует плотные зерна (друзы) из переплетенных нитей. Огромное значение имеют виды актиномицетов - продуцентов антибиотиков (стрептомицина, хлортетрациклина и др.). Особого внимания заслуживают актиномицеты из рода Mycobacterium. Мицелий у них не образуется, клетки палочковидные, ветвящие­ся. К ним относятся возбудители туберкулеза.

Морфология и строение спирохет. Спирохеты - группа микро­организмов с характерными свойствами и с признаками, общими для бактерий и простейших; имеют штопорообразную извитую форму. Тело их состоит из осевой нити и цитоплазмы; офор­мленного ядра, спор, капсул и жгутиков не обнаружено. Вместо оболочки - тонкий эктоплазматический слой - перипласт. Об­ладают подвижностью благодаря сокращениям тела клетки.

К спирохетам относятся лептоспиры - возбудители лептоспироза животных.

Морфология и строение микоплазм. Микоплазмы - самые мелкие из бактерий, спор не образуют, неподвижны. Растут на сложных питательных средах. Колонии врастают в твердые среды, имеют вид «глазуньи». Микоплазмы полиморфны, так как у них нет истинной клеточной оболочки (есть только трехслой­ная мембрана). Отмечают шаровидную, зернистую, нитевидную, кольцевидную формы. Микоплазмы проходят через бактериаль­ные фильтры и растут на средах, не содержащих живых клеток. Все это позволяет считать их промежуточными микроорганизма­ми между бактериями и вирусами.

К патогенным для животных принадлежат возбудители конта­гиозной плевропневмонии крупного рогатого скота, агалактии овец и коз, контагиозной плевропневмонии коз и овец, респира­торного микоплазмоза птиц. Микоплазмы также контаминируют куриные эмбрионы и культуры клеток, что затрудняет выращива­ние вирусов.

К патогенным для животных относятся возбудители Ку-лихорадки, гидроперикардита крупного рогатого скота (ко удриоза).

Бактерии, относящиеся к семейству хламидий. У крупного рогатого скота, овец и свиней встречается Ch. picorni, у птиц - Ch. psittaci, а у кошек - Ch. pneumoniae. Два последних вида патогенны и для людей.

(Морфология вирусов описана в главе 5«Основы учения о вирусах» раздела I.)

Морфология и строение грибов. Грибы размножаются спора­ми, имеют вегетативное тело в виде мицелия. Интерес для вете­ринарной микробиологии представляют плесени, дрожжи и не­совершенные грибы.

Плесени (гифомицеты) образуют длинные гифы, форми­рующие грибницу (мицелий). Гифа имеет оболочку, цитоплазму и ядро. В цитоплазме находят включения, зерна и вакуоли. Широко распространены в природе мукоровые грибы (головчатая плесень). Они имеют ветвящийся одноклеточный мицелий, раз­виваются в сырых местах.

Плесень пенициллиум (кистевидная плесень) также широко рас­пространена в природе, ее обнаруживают в почве, на грубых кормах, в молочных продуктах. Представители этого рода - про­дуценты пенициллина;

Аспергилл (леечная плесень) имеет многоклеточный мицелий, его часто обнаруживают на сене. Один из видов вызывает аспергиллез животных. Некоторые аспергиллы - продуценты анти­биотиков (фумигаллин, аспергиллин). Фузариум - плесень, ми­целий которой бывает окрашен в разные цвета. Поражает пере­зимовавшие в поле злаковые растения и делает их ядовитыми для человека и животных («пьяный хлеб»). Молочная плесень появляется на поверхности молочных продуктов. Один из видов этой плесени вызывает молочницу - заболевание молодняка жи­вотных, в том числе птиц.

Дрожжи относятся к классу сумчатых грибов - аскомицетов. Это одноклеточные организмы округлой, овальной или уд­линенной формы с двухконтурной оболочкой и ядром. Размно­жаются почкованием или спорообразованием. Большое значение имеют расы дрожжей, вызывающие спиртовое брожение, а также используемые для приготовления кефира. Патогенным для лоша­дей является возбудитель эпизоотического лимфангита.

Несовершенные грибы - группа грибов, имеющих многоклеточный мицелий, размножаются спорами, бесполым путем. Имеют оболочку, цитоплазму, ядро, включения. К ним относятся возбудители дерматомикозов - трихофитии, микро­спории, парши (фавуса).

Лабораторная работа

Техника безопасности при работе с инфекционным материалом и больными животными. Приготовление и исследование мазков из культур бактерий и органов животных

При работе с патологическим материалом и больными живот­ными внимание ветеринарного специалиста должно быть сосре­доточено на двух основных моментах: предупредить заражение людей и не допустить распространения возбудителя инфекции. Существуют инфекционные болезни животных, которыми может заразиться человек (зооантропонозы): сибирская язва, туберку­лез, бруцеллез, туляремия, Ку-лихорадка, лептоспироз, листериоз, мелиоидоз, бешенство, болезнь Ауески, ящур, дерматомикозы (трихофития, микроспория), сап, сальмонеллезы, эктима, чума верблюдов (зооантропонозная чума), рожа свиней, орнитоз. За­ражение человека этими болезнями может произойти при: кли­ническом осмотре животных и оказании им лечебной помощи; вскрытии трупов и взятии патологического материала для лабо­раторного исследования; проведении прививок и диагностичес­ких исследований; работе с патологическим материалом в лабо­ратории; соприкосновении с необеззараженным сырьем живот­ного происхождения (кожа, шерсть и т.п.); переработке мясных и молочных продуктов; употреблении в пищу инфицированных продуктов животного происхождения. В организм человека пато­генные микробы проникают через кожу при нарушении ее це­лости, главным образом рук, а также через слизистые оболочки рта, носовой полости, дыхательных путей, глаз и пищеваритель­ного тракта.

Чтобы предохранить себя и других от заражения инфекцион­ной болезнью и не допустить ее распространения, нужно соблю­дать следующие меры предосторожности:

1) люди, допускаемые к работе с патологическим материалом и больными животными, должны быть тщательно проинструкти­рованы;

2) все работы с больными животными и патологическим ма­териалом выполняют только в защитной одежде, включающей халат (с завязками на спине и рукавах), колпак или косынку, при необходимости - нарукавники, передники, резиновые пер­чатки, резиновые сапоги, очки и защитные марлевые маски. Людей с повреждениями на руках к этой работе, как правило, не допускают. При необходимости разрешают работать только в резиновых перчатках, раны на руках смазывают настойкой йода и затем коллодием. Перед надеванием проверяют целость рези­новых перчаток;

3) оборудование лаборатории и рабочего места должны обес­печивать высокую производительность труда и его безопасность;

4) при работе с патологическим материалом нельзя курить, разговаривать, касаться лица руками, сморкаться, поправлять во­лосы, отвлекаться от работы. Следует избегать лишних передви­жений. В лаборатории запрещается хранить и принимать пищу;

5) руки после работы погружают в сосуд с дезинфицирующей жидкостью (2%-ным раствором фенола) на 1-2 мин, затем тща­тельно моют водой с мылом;

6) использованные в работе пипетки, предметные и покров­ные стекла, куски ваты и т.п. тотчас помещают в сосуд с дезин­фицирующей жидкостью (5%-ный раствор фенола; 3%-ный рас­твор лизола или креолина). Металлические предметы, бывшие в контакте с патологическим материалом, немедленно обеззаражи­вают прокаливанием на пламени. Инструменты (ножницы, скальпели, пинцеты и др.) после употребления кипятят в стери­лизаторе или кладут в закрытый сосуд для последующего автоклавирования. Если патологический материал попал на окружающие предметы, необходимо немедленно провести тщатель­ную дезинфекцию, залив это место дезинфицирующим раство­ром, а затем, если можно, прожечь данное место с помощью тампона, смоченного спиртом;,

7) весь патологический материал (культуры микробов, трупы животных и т.п.), не подлежащий дальнейшему исследованию, обеззараживают (автоклавируют, сжигают). Место работы с этим материалом должно быть тщательно продезинфицировано и очи­щено. Допускается только влажная уборка помещений. Особое внимание уделяют удалению пыли с предметов, находящихся в лаборатории. Для обеззараживания комнат, где работают с пато­логическим материалом, применяют бактерицидные лампы.

Меры против заражения при попадании патологического ма­териала в организм человека: а) при ранениях инфицированным инструментом или при покусе животным не следует торопиться с остановкой кровотечения. Рану нужно прижечь настойкой йода и наложить 40-60%-ную спиртовую повязку; б) при попадании патологического материала в рот его немедленно выплевывают в чашку с дезинфицирующей жидкостью, а рот в течение несколь­ких минут прополаскивают слабым раствором йода (3-5 капель настойки йода на стакан воды) или перманганата калия; в) если патологический материал попал в глаз, его нельзя тереть; следует промыть глаз слабым раствором йода или перманганата калия.

Правила обращения с больными инфекционными болезнями животными. Ветеринарный специалист соприкасается с больны­ми животными во время их исследования (при постановке диа­гноза), при оказании лечебной помощи, убое животных, вскры­тии трупов, проведении противоэпизоотических мероприятий. Любая работа с больными и в особенности с подозрительными по заболеванию заразными болезнями животными проводится только в защитной одежде.

Исследование больного животного слагается из предвари­тельного ознакомления, включающего регистрацию его, изучение документов и сбор анамнестических, в том числе эпизоотологических, данных, и собственно исследования, которое, в свою очередь, делится на общее исследование (внешний осмотр, исследование кожного покрова и видимых слизистых оболочек и лимфатических узлов, термометрия) и специальное исследование (исследование отдельных систем и органов). При необходимости берут кровь и другие материалы для лабораторно­го исследования. При исследовании больных и подозрительных по заболеванию животных необходимы чрезвычайная осторож­ность и продуманность действий. Прежде чем вплотную присту­пить к этому, надо собрать по возможности полный анамнез, провести предварительное наблюдение за животным и беглый клинический осмотр. Например, если кажется, что собака пода­вилась костью, прежде чем исследовать глотку, надо тщательно расспросить хозяина о поведении животного в последние дни, характере кормления, о возможных контактах с другими живот­ными, особенно собаками, выяснить, нет ли подобных призна­ков у собак или кошек, принадлежащих соседям. И только после всего этого, соблюдая все меры предосторожности, можно начи­нать исследовать животное (возможно бешенство!).

Осторожность нужно соблюдать и при оказании больным жи­вотным лечебной помощи (при отделении последа или родовспо­можении можно заразиться бруцеллезом; ошибочное вскрытие сибиреязвенного карбункула повлечет за собой рассеивание воз­будителя болезни и возможность заражения человека). Место, где проводилась работа с больным животным, дезинфицируют.

Изготовление мазков. Мазки из культур микробов и мазки-от­печатки из органов трупа готовят на чистых обезжиренных пред­метных стеклах. Непосредственно перед приготовлением мазка предметное стекло несколько раз проводят через пламя горелки. При изготовлении мазка из культуры микробов надо предохра­нить ее от загрязнения микробами из окружающей среды и не допустить инфицирования этой культурой окружающих предме­тов. Материал из пробирки с культурой берут прокаленной на пламени горелки бактериологической (платиновой) петлей или стерильной пастеровской пипеткой. Тонкий конец пипетки после прокаливания на пламени сгибают под прямым углом. Открывают пробирку над пламенем, вынимают пробку и откры­тый конец пробирки также обжигают на пламени. Петлю прожи­гают еще раз и, остудив, вводят в пробирку, не касаясь ее краев, захватывают каплю культуры. При пользовании пипеткой тонкий конец ее обламывают и насасывают культуру, пользуясь при этом резиновой грушей (а не ртом). Пробирку в этот момент держат чуть в стороне от пламени горелки. Затем закрывают пробирку над пламенем пробкой, также проведенной через пламя горелки. Взятый материал наносят на предметное стекло и размазывают тонким слоем, петлю прокаливают и ставят в шта­тив, пипетку - в сосуд с дезраствором.

При изготовлении мазков из агаровых культур на предметное стекло предварительно наносят каплю стерильного физиологи­ческого раствора или бульона.

При изготовлении мазков-отпечатков из органов участок ор­гана, откуда предполагается сделать отпечаток, прижигают шпа­телем или обжигают на пламени. Стерильными ножницами вы­резают небольшой кусочек исследуемого органа и, захватив его пинцетом, прижимают поверхностью разреза к "предметному стеклу, делая таким образом несколько отпечатков.

Мазки с обратной стороны специальным карандашом по стеклу обводят и надписывают, указывая при этом номер или кличку животного и дату изготовления мазка. Приготовленные тем или иным способом мазки высушивают на воздухе и фикси­руют физическим (3-4-кратным проведением над пламенем го­релки) или химическим (спирт-ректификат в течение 15-20 мин; смесь спирта с эфиром поровну - 10-15; метиловый спирт - 5 мин; хлороформ - несколько секунд) способом.

Окраска мазков. Ее проводят простым или сложными спосо­бами.

Простой способ: на фиксированный мазок наливают несколько капель раствора карболового фуксина Циля в разведе­нии 1:10 или метиленовой синьки Леффлера. Затем краску смы­вают дистиллированной водой, мазок высушивают фильтроваль­ной бумагой.

Сложные способы. Окраска по Грому: на фиксирован­ный мазок кладут кусочек фильтровальной бумаги и на него наливают раствор генцианвиолета. Через 2 мин бумагу удаляют, раствор сливают, на препарат наливают люголевский раствор. Спустя 1 мин его сливают и препарат в течение 30 с обрабаты­вают спиртом-ректификатом, затем промывают водой и окраши­вают спирто-водным фуксином (для этого карболовый фуксин разводят 1:10 водой) в течение 2 мин. После этого препарат промывают водой и рассматривают под микроскопом.

Можно использовать заранее приготовленные и высушенные бумажки, пропитанные 1%-ным спиртовым раствором генциан­виолета. Их кладут на фиксированный мазок и смачивают водой; в остальном техника окраски та же.

Микрокартина: грамположительные микробы темно-фиолето­вые, грамотрицательные - розовые.

Окраска по Цилю - Нильсену. Применяют при микроскопи­ческой диагностике туберкулеза и паратуберкулеза. Фиксирован­ный на пламени мазок покрывают фильтровальной бумажкой, наливают на нее карболовый фуксин и подогревают до появле­ния паров, после чего нагревание прекращают и оставляют крас­ку на препарате 2-3 мин. Затем пинцетом удаляют бумажку и промывают мазок водой. После этого обесцвечивают препарат 5%-ным водным раствором серной кислоты в течение 3-5 с, тщательно промывают водой и в течение 10-15 с обрабатывают спиртом. Снова промывают водой и докрашивают в течение 3-5 мин метиленовой синькой Леффлера. Краску смывают водой, препарат высушивают.

Микрокартина: спирто-кислотоустойчивые микробы красные, остальные - синие (см. цв. табл. I).

Окраску по Козловскому применяют для микроскопической диагностики бруцеллеза. Фиксированный на пламени мазок ок­рашивают 2%-ным раствором сафранина (раствор готовят непо­средственно перед употреблением) с интенсивным подогревани­ем (до появления паров). Промывают водой и окрашивают 1%-ным водным раствором малахитовой зелени в течение 1 мин. Затем промывают водой и высушивают.

Микрокартина: бруцеллы красные, остальные микробы зеле­ные (см. цв. табл. 1).

Окраска капсул применяется при микроскопической диагностике сибирской язвы.

Способ Михина. Фиксированный мазок при подогревании ок­рашивают метиленовой синькой Леффлера в течение 2-3 мин до появления паров. Краску быстро смывают водой, мазок высу­шивают.

Микрокартина: капсулы светло-розовые, бациллы темно-синие.

Окраска спор. Способ Пешкова. Фиксированный мазок окрашивают кипящей метиленовой синькой Леффлера в течение 20 с. После охлаждения мазок промывают водой и докрашивают 0,5%-ным водным раствором нейтральрота в течение 30 с, затем промывают водой и высушивают.

Микрокартина: споры синие, микробные тела розовые, ядра фиолетовые.

Контрольные вопросы. 1. Каковы основные группы микроорганизмов? 2. На каких принципах основана классификация микроорганизмов? 3. Из каких струк­тур состоят бактерии? 4. В чем состоят меры личной профилактики при работе с патологическим материалом, культурами микроорганизмов и животными, боль­ными инфекционными болезнями? 5. Как приготовить и окрасить мазки из культур микробов, из патологического материала?

Похожая информация.

Говоря о бактериях, чаще всего мы представляем нечто негативное. А между тем знаем мы о них очень мало. Строение и жизнедеятельность бактерий достаточно примитивны, но это, по предположениям некоторых ученых, самые древнейшие обитатели Земли, и за столько лет они не исчезли и не вымерли. Многие виды таких микроорганизмов человек использует для своего блага, другие же являются причиной серьезных заболеваний и даже эпидемий. Но вред одних бактерий порой не соизмерим с пользой других. Давайте поговорим об этих удивительных микроорганизмах и познакомимся с их строением, физиологией и классификацией.

Царство бактерий

Это безъядерные, чаще всего одноклеточные микроорганизмы. Их открытие в 1676 году - заслуга голландского ученого А. Левенгука, который впервые разглядел крошечные бактерии под лупой микроскопа. А вот изучать их природу, физиологию и роль в жизни человека впервые начал французский химик и микробиолог Луи Пастер в 1850-х годах. Строение бактерии стало активно исследоваться с появлением электронных микроскопов. Ее клетка состоит из цитоплазматической мембраны, рибосомы и нуклеотида. ДНК бактерии сосредоточена в одном месте (нуклеоплазме) и представляет собой клубок из тонких нитей. Цитоплазма отделена от клеточной стенки цитоплазматической мембраной, в ней находятся нуклеотид, различные мембранные системы, клеточные включения. Рибосома бактерии состоит на 60% из РНК, остальное - белок. На фото ниже изображено строение сальмонеллы.

Клеточная стенка и ее компоненты

Бактерии имеют клеточное строение. Стенка клетки обладает толщиной около 20 нм и, в отличие от высших растений, не имеет фибриллярной структуры. Ее прочность обеспечивается специальным покровом, называемым мешком. Он состоит преимущественно из полимерного вещества - муреина. Его компоненты (субъединицы) соединены в определенной последовательности в особые полигликановые тяжи. Они совместно с короткими пептидами образуют макромолекулу, напоминающую сеть. Это и есть муреиновый мешок.

Органы передвижения

Эти микроорганизмы способны к активному передвижению. Осуществляется оно за счет плазматических жгутиков, имеющих винтообразное строение. Бактерии могут передвигаться со скоростью до 200 мкм в секунду и оборачиваться вокруг своей оси за секунду 13 раз. Способность жгутиков к движению обеспечивается специальным сократительным белком - флагеллином (аналог миозина в мышечных клетках).

Размеры они имеют следующие: длина - до 20 мкм, диаметр - 10-20 нм. Каждый жгутик отходит от базального тельца, которое погружено в оболочку клетки бактерии. Органы передвижения могут быть единичными или располагаться целыми пучками, как, например, у спириллы. Количество жгутиков может зависеть от условий внешней среды. Например, Протеус вульгарис при бедном питании имеет всего два субполярных жгутика, тогда как при нормальных условиях развития в пучках их может быть от 2 до 50.

Движение микроорганизмов

Строение бактерии (схема ниже) таково, что она может достаточно активно передвигаться. Движение в большинстве случаев происходит за счет толчка и осуществляется в основном в жидкой или влажной среде. В зависимости от действующего фактора, другими словами - вида внешнего раздражителя, оно может представлять собой:

• хемотаксис - это направленное движение бактерии к питательным веществам или, напротив, от каких-либо токсинов;
• аэротаксис - движение к кислороду (у аэробов) или от него (у анаэробов);
• фототаксис - реакция на свет, проявляющаяся в движении, характерна прежде всего для фототрофов;
• магнитотаксис - реакция на изменения в магнитном поле, объясняется наличием у некоторых микроорганизмов специальных частиц (магнетосом).

Одним из перечисленных способов бактерии, особенности строения клетки которых позволяют им передвигаться, могут создавать скопления в местах с оптимальными условиями для их жизнедеятельности. Кроме жгутиков, некоторые виды имеют многочисленные более тонкие нити - их называют "фимбрии" или "пили", но их функция в достаточной мере еще не изучена. Бактерии, которые не имеют специальных жгутиков, способны к скользящему движению, правда, оно характеризуется очень низкой скоростью: примерно 250 мкм в минуту.

Вторая малочисленная группа бактерий - автотрофы. Они способны синтезировать из неорганических веществ органические, частично могут усваивать атмосферный углекислый газ и являются хемотрофами. Эти бактерии занимают весьма важное место в круговороте химических элементов в природе.

Также существуют две группы настоящих фототрофов. Особенности строения бактерий этой категории заключаются в том, что они содержат вещество (пигмент) бактериохлорофилл, родственное по природе растительному хлорофиллу, а так как у них отсутствует фотосистема II, фотосинтез протекает без выделения кислорода.

Размножение делением

Основной способ размножения - это деление исходной материнской клетки надвое (амитоз). У форм, имеющих вытянутую форму, это всегда происходит перпендикулярно продольной оси. Строение бактерии претерпевает при этом кратковременные изменения: от края клетки к середине образуется поперечная перегородка, по которой затем и разделяется материнский организм. Это объясняет старое название царства - Дробянки. Клетки после деления могут оставаться соединенными в неустойчивые, рыхлые цепочки.

Вот такие можно выделить отличительные особенности строения бактерий некоторых видов, например, стрептококков.

Спорообразование и половое размножение

Второй способ размножения - спорообразование. Оно напрямую сопряжено со стремлением приспособиться к неблагоприятным условиям и направлено на то, чтобы их пережить. У некоторых палочковидных бактерий споры образуются эндогенно, то есть внутри клетки. Они очень устойчивы к нагреванию и могут сохраняться даже при длительном кипячении. Образование спор начинается с различных химических реакций в материнской клетке, при этом разлагается около 75% всех ее белков. Затем происходит деление. При этом образуются две дочерние клетки. Одна из них (меньшая) покрывается толстой оболочкой, которая по объему может занимать до 50% - это и есть спора. Она сохраняет жизнеспособность и готовность к прорастанию в течение 200-300 лет.

Некоторые виды способны к половому размножению. Впервые этот процесс открыли в 1946 году, когда изучали строение клетки бактерии Эшерихия коли. Оказалось, что возможен частичный перенос генетического материала. То есть фрагменты ДНК передаются от одной клетки (донора) к другой (реципиенту) в процессе конъюгации. Осуществляется это при помощи бактериофагов или путем трансформации.

Строение бактерии и особенности ее физиологии таковы, что в идеальных условиях процесс деления происходит постоянно и очень быстро (каждые 20-30 минут). Но в естественной среде он ограничен различными факторами (солнечным светом, питательной средой, температурой и др.).

В основу классификации этих микроорганизмов положено различное строение клеточной стенки бактерий, которое обуславливает сохранение анилинового красителя в клетке или его вымывание. Это было выявлено Х. К. Грамом, а впоследствии, в соответствии с его именем были выделены два больших отдела микроорганизмов, о которых мы поговорим ниже.

Грамположительные бактерии: особенности строения и жизнедеятельности

Эти микроорганизмы имеют многослойный муреиновый покров (30-70% от всей сухой массы клеточной стенки), благодаря чему из клеток не вымывается анилиновый краситель (на фото выше слева схематично изображено строение грамположительной бактерии, а справа - грамограмотрицательной). Их особенностью является и то, что диаминопимелиновая кислота часто заменяется лизином. Содержание белка значительно меньше, а полисахариды отсутствуют или связаны ковалентными связями. Все бактерии этого отдела разделены на несколько групп:

1. Грамположительные кокки. Они представляют собой одиночные клетки или группы по две, четыре и более клеток (до 64), скрепленных между собой целлюлозой. По типу питания это, как правило, облигатные или факультативные анаэробы, например, молочнокислые бактерии из семейства Стрептококковые, но могут быть и аэробы.
2. Неспорообразующие палочки. По названию уже можно понять строение клетки бактерии. К этой группе относят анаэробные или факультативно аэробные молочнокислые виды из семейства Лактобациллы.
3. Спорообразующие палочки. Они представлены всего одним семейством - Клостридии. Это облигатные анаэробы, способные образовывать споры. Многие из них формируют характерные цепочки или нити из отдельных клеток.
4. Коринеморфные микроорганизмы. Внешнее строение клетки бактерии этой группы может значительно меняться. Так, палочки могут становиться булавовидными, короткими, кокками или слабо разветвленными формами. Эндоспоры они не образуют. К ним относятся пропионовокислые, стрептомицетовые бактерии и т. д.
5. Микоплазмы. Если обратить внимание на строение бактерии (схема на рисунке ниже - стрелка указывает на цепочку ДНК), то можно отметить, что она не имеет клеточной стенки (вместо нее есть цитоплазматическая мембрана) и, следовательно, не окрашивается анилиновым красителем, поэтому ее нельзя отнести к данному отделу на основании окрашивания по Граму. Но согласно последним исследованиям микоплазмы произошли от грамположительных микроорганизмов.

Грамотрицательные бактерии: функции, строение

У таких микроорганизмов сеть муреина очень тонкая, ее доля от сухой массы всей клеточной стенки составляет всего лишь 10%, остальная часть - это липопротеины, липополисахариды т. д. Вещества, поступающие при окрашивании по методу Грама, легко вымываются. По типу питания грамотрицательные бактерии - фототрофы или хемотрофы, некоторые виды способны к фотосинтезу. Классификация внутри отдела находится в процессе формирования, различные семейства объединяют в 12 групп, исходя из особенностей морфологии, обмена веществ и других факторов.

Значение бактерий для человека

Несмотря на свою, казалось бы, незаметность, бактерии имеют огромное значение для человека, как положительное, так и отрицательное. Производство многих пищевых продуктов невозможно без участия отдельных представителей этого царства. Строение и жизнедеятельность бактерий позволяют получать нам многие молочные продукты (сыры, йогурты, кефир и многое другое). Эти микроорганизмы участвуют в процессах квашения, брожения.

Многочисленные виды бактерий являются возбудителями болезней у животных и человека, таких как сибирская язва, столбняк, дифтерия, туберкулез, чума и т. д. Но в то же время микроорганизмы участвуют в различных промышленных производствах: это генная инженерия, получение антибиотиков, ферментов и других белков, искусственное разложение отходов (например, метановое сбраживание сточных вод), обогащение металлов. Некоторые бактерии растут на субстратах, богатых нефтепродуктами, и это служит индикатором при поиске и разработке новых месторождений.

Микроорганизмы представлены доклеточными формами (вирусы – царство Vira) и клеточными формами (бактерии, архебактерии, грибы и простейшие). По новому высшему уровню в иерархии классификации среди клеточных форм жизни различают 3 домена (или «империи»): «Bacteria», «Archaea», «Eukarya»:

домен «Bacteria» - прокариоты, представленные настоящими бактериями (эубактериями);

домен «Archaea» -прокариоты, представленные архебактериями;

домен «Eukarya» -эукариоты, клетки которых имеют ядро с ядерной оболочкой и ядрышком, а цитоплазма состоит из высокоорганизованных органелл – митохондрий, аппарата Гольджи и др. Домен «Eukarya» включает царство Fungi (грибы); царство животных Animalia (включает простейшие – подцарство Protozoa); царство растений Plantae.

Домены включают царства, типы, классы, порядки, семейства, роды, виды. Одной из основных таксономических категорий является вид. Вид – это совокупность особей, объединенных по близким свойствам, но отличающихся от других представителей рода.

Совокупность однородных микроорганизмов, выделенных на питательной среде, характеризующихся сходными морфологическими, тинкториальными, культуральными, биохимическими и антигенными свойствами, называется чистой культурой.

Штамм – чистая культура микроорганизмов, выделенных из определенного источника и отличающихся от других представителей вида. Штамм более узкое понятие, чем вид или подвид. Близким к понятию штамма является понятие клона. Клон – совокупность потомков, выращенных из единой микробной клетки.

1.3. Строение и классификация бактерий (прокариот).

Решением Международного кодекса для бактерий рекомендованы следующие таксономические категории: класс, отдел, порядок, семейство, род, вид. Название вида соответствует бинарной номенклатуре, т.е. состоит из двух слов. Например, возбудитель дифтерии пишется как Corynebacterium diphtheriae, возбудитель менингита - Neisseria meningitides, возбудитель туберкулеза - Mycobacterium tuberculosis. Первое слово – название рода и пишется с прописной буквы, второе слово обозначает вид и пишется со строчной буквы.

Бактерии относятся к прокариотам, т.е. доядерным микроорганизмам, поскольку у них имеется примитивное ядро без оболочки, ядрышка, гистонов, а в цитоплазме отсутствуют высокоорганизованные органеллы (митохондрии, аппарат Гольджи, лизосомы и др.).

Согласно второму изданию (2001 г.) Руководства Берджи по систематической батериологии, бактерии делят на 2 домена: «Bacteria» и «Archaea». В домене «Bacteria» можно выделить следующие бактерии: 1) бактерии с тонкой клеточной стенкой – грамотрицательные; 2) бактерии с толстой клеточной стенкой – грамположительные; 3) бактерии без клеточной стенки (микоплазмы). Архебактерии не содержат пептидогликан в клеточной стенке. Термин «архебактерии» появился в 1977г. Это одна из древних форм жизни, на что указывает приставка «архее». Среди них нет возбудителей инфекционных заболеваний.

В домен «Bacteria» входят 22 типа, из которых медицинское значение имеют следующие:

Тип Proteobacteria

Класс Alphaproteobacteria. Роды: Rickettsia, Orientia, Ehrlichia, Bartonella, Brucella.

Класс Betaproteobacteria. Роды: Burkholderia, Alcaligenes, Bordetella, Neisseria, Kingella, Spirillum.

Класс Gammaproteobacteria. Роды: Francisella, Legionella, Coxiella, Pseudomonas, Moraxella, Acinetobacter, Vibrio, Enterobacter, Callimatobacterium, Citrobacter, Edwardsiella, Erwinia, Escherichia, Hafnia, Klebsiella, Morganella, Proteus, Providensia, Salmonella, Serracia, Shigella, Yersinia, Pasteurella.

Класс Deltaproteobacteria. Род Bilophila.

Класс Epsilonproteobacteria. Роды: Campylobacter, Helicobacter, Wolinella.

Тип Firmicutes (главным образом грапположительные)

Класс Clostridia. Роды: Clostridium, Sarcina, Peptostreptococcus, Eubacterium, Peptococcus, Veillonella.

Класс Mollicutes. Роды: Mycoplasma, Ureaplasma.

Класс Bacilli. Роды: Bacillus, Sporosarcina, Listeria, Staphylococcus, Gemella, Lactobacillus, Pediococcus, Aerococcus, Leuconostoc, Streptococcus, Lactococcus.

Тип Actinobacteria

Класс Actinobacteria. Роды: Actinomyces, Arcanodacterium, Mobiluncus, Micrococcus, Rothia, Stomatococcus, Corynebacterium, Mycobacterium, Nocardia, Propionibacterium, Bifidobacterium, Gardnerella.

Тип Clamydiae

Класс Clamydiae. Роды: Clamydia, Clamidophila.

Тип Spirochaetes

Класс Spirochaetes. Роды: Spirochaeta, Borrelia, Treponema, Leptospira.

Тип Bacteroidetes

Класс Bacteroidetes. Роды: Bacteroides, Porphyromonas, Prevotella.

Класс Flavobacteria. Роды: Flavobacterium.

Формы бактерий. Различают несколько основных форм бактерий – кокковидные, палочковидные, извитые и ветвящиеся, нитевидные.

Сферические формы, или кокки – шаровидные бактерии, которые по взаимному расположению делятся на микрококки, диплококки, стрептококки, тетракокки, сарцины и стафилококки.

Микрококки характеризуются одиночным, парным или беспорядочным расположением клеток. Они являются сапрофитами, обитателями воды, воздуха.

Диплококки делятся в одной плоскости и образуют парные кокки, соединенные по две особи. К диплококкам относятся: менингококк, гонококк, пневмококк.

Стрептококки делятся в одной плоскости и располагаются цепочками различной длины. Патогенные для человека стрептококки вызывают гнойно-воспалительные заболевания.

Тетракокки располагаются по четыре, т.к. делятся в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Заболевания человека не вызывают.

Сарцины делятся в трех взаимно перпендикулярных плоскостях и выглядят в виде тюков по 8, 16 и более клеток. Они часто встречаются в воздухе и не являются возбудителями инфекционных заболеваний.

Стафилококки – гроздевидно расположенные кокки, делящиеся в различных плоскостях, вызывают гнойно-воспалительные заболевания у человека.

Палочковидные бактерии подразделяются на бактерии, бациллы и клостридии. К бактериям относятся такие палочковидные микроорганизмы, которые как правило не образуют спор (кишечная, брюшнотифозная, дизентерийные, дифтерийные, туберкулезные и др.). К бациллам (лат. вacillus – палочка) и клостридиям (лат.closter – веретено) принадлежат микробы, образующие споры (сибиреязвенная, столбнячная палочки и др.). По форме палочковидные бактерии бывают короткими (туляремийная, коклюшная, бруцеллезная), длинными (сибиреязвенная), с закругленными концами (большинство палочек), с заостренными концами (фузобактерии), с булавовидными утолщениями на концах (дифтерийная).

Извитые формы бактерий. К этой группе бактерий относятся вибрионы, спириллы, кампилобактерии, хеликобактерии, спирохеты.

Вибрионы – клетки, изгиб которых равен ¼ завитка спирали, имеющие вид запятой.Патогенным представителем является холерный вибрион – возбудитель холеры.

Спириллы – извитые формы бактерий, имеющие изгибы с одним или несколькими оборотами спирали. Из патогенных известен один вид Spirillum minor – возбудитель содоку – болезнь, передающаяся через укус крыс и других грызунов.

Кампилобактерии, хеликобактерии – имеют изгибы как у крыла летящей чайки. Кампилобактерии относятся к возбудителям зоонозных бактериальных инфекций с преимущественным поражением пищеварительного тракта. Хеликобактерии относятся к условно патогенным микроорганизмам, способным вызывать хроническое поражение слизистой желудка и двенадцатиперстной кишки.

Спирохеты представлены 3 родами патогенными для человека: трепонемы, боррелии, лептоспиры.

Трепонемы имеют вид тонких штопорообразно закрученных нитей с 8-12 равномерно мелкими завитками. Патогенным представителем является T. Pallidum – возбудитель сифилиса.

Боррелии в отличие от трепонемболее длинные, имеют по 3-8 крупных завитков. К ним относится возбудитель клещевого боррелиоза или болезни Лайма – B. Burgdorferi.

Лептоспиры имеют завитки неглубокие и частые – в виде закрученной веревки. Концы этих спирохет изогнуты наподобие крючков с утолщениями на концах. Патогенный представитель L interrogans вызывает лептоспироз.

Нитевидные (серобактерии, железобактерии – обитатели водоемов; актиномицеты – ветвящиеся, нитевидные или палочковидные грамположительные бактерии, как и грибы образуют мицелий). К ним относят бактерии родов коринебактерии, микобактерии, нокардия). Патогенные актиномицеты вызывают актиномикоз, нокардии – нокардиоз, микобактерии – туберкулез и лепру, коринебактерии – дифтерию.

Хламидии – облигатные внутриклеточные кокковидные грамотрицательные бактерии. У человека хламидии вызывают поражения глаз (трахома, конъюнктивит), урогенитального тракта, легких.

Микоплазмы – мелкие бактерии, из-за отсутствия клеточной стенки имеют разнообразную форму: кокковидную, нитевидную, колбовидную.

Бактериальную клетку окружает оболочка, состоящая из клеточной стенки и цитоплазматической мембраны. Под оболочкой находится протоплазма, состоящая из цитоплазмы с включениями и ядра, называемого нуклеоидом. Имеются дополнительные структуры: капсула, микрокапсула, слизь, жгутики, пили. Некоторые бактерии в неблагоприятных условиях способны образовывать споры.

Клеточная стенка – прочная, упругая структура, придающая бактерии определенную форму, участвует в процессе деления клетки и транспорте метаболитов, имеет рецепторы для бактериофагов. В клеточной стенке грамположительных бактерий основным компонентом является многослойный пептидогликан (муреин) с которым ковалентно связаны тейхоевые кислоты. У грамотрицательных бактерий основным компонентом является двойной слой липидов. Внутренний слой наружной мембраны представлен фофолипидами, а в наружном слое расположен липополисахарид. Способность грамположительных бактерий при окраске по Грамму удерживать генциановый фиолетовый в комплексе с йодом (сине-фиолетовая окраска бактерий) связана со свойством многослойного пептидогликана взаимодействовать с красителем. Кроме этого, последующая обработка мазка бактерий спиртом вызывает суживание пор в пептидогликане и тем самым задерживает краситель в клеточной стенке. Грамотрицательные бактерии после воздействия спиртом утрачивают краситель, что обусловлено меньшим количеством пептидогликана в клеточной стенке, они обесцвечиваются спиртом и при обработке фуксином приобретают красный цвет. При нарушении синтеза клеточной стенки бактерий под влиянием лизоцима, пенициллина и др образуются клетки с измененной шаровидной формой – протопласты -бактерии, полностью лишенные клеточной стенки. Бактерии с частично сохранившейся клеточной стенкой – сферопласты. Бактерии сферо- или протопластного типа, утратившие способность к синтезу пептидогликана под влиянием антибиотиков или других факторов и способные размножаться, называются L-формами (от названия института им. Д. Листера, где они впервые были изучены). L-формы могут возникать и в результате мутаций. L-формы могут образовывать многие возбудители инфекционных болезней.

Цитоплазматическая мембрана является динамической структурой с подвижными компонентами, поэтому ее представляют как мобильную текучую структуру. Она окружает наружную часть цитоплазмы бактерий и участвует в регуляции осмотического давления, транспорте веществ и энергетическом метаболизме клетки. При избыточном росте (по сравнению с ростом клеточной стенки) цитоплазматическая мембрана образует инвагинаты – впячивания в виде сложно закрученных мембранных структур, называемые мезосомами.

Цитоплазма занимает основной объем бактериальной клетки и состоит из растворимых белков, рибонуклеиновых кислот, включений и многочисленных мелких гранул – рибосом, ответственных за синтез белков. Рибосомы бактерий имеют размер около 20 нм и коэффициент седиментации 70S, в отличие от эукариотических клеток (80S). Поэтому некоторые антибиотики, связываясь с рибосомами бактерий подавляют синтез бактериального белка, не влияя на синтез белка эукариотических клеток.

В цитоплазме имеются различные включения: гранулы волютина, липопротеидные тельца, гликоген, гранулеза, пигментные скопления, сера, кальций. Биологическое значение гранул волютина и липопротеиновых включений состоит в том, что они служат запасным питательным материалом и используются бактериями при недостатке питательных веществ. Характерное расположение гранул волютина выявляется у дифтерийной палочки при окрашивании по Нейссеру.

Нуклеиод – эквивалент ядра у бактерий. Он расположен в центральной зоне бактерий в виде двунитевой ДНК, замкнутой в кольцо. Ядро у бактерий не имеет ядерной оболочки, ядрышка и основных белков (гистонов). В бактериальной клетке содержится одна хромосома, представленная замкнутой в кольцо молекулой ДНК.

Капсула, микрокапсула, слизь. При попадании в макроорганизм патогенные бактерии могут образовывать капсулы толщиной более 0,2мкм. Капсула – мощный слизистый слой вокруг клеточной стенки. Она выявляется при специальных методах окраски мазка по Бурри-Гинсу (сибиреязвенная палочка, клебсиелла, пневмококк). Капсула состоит из полисахаридов или полипептидов. Капсула препятствует фагоцитозу бактерий, она антигена: антитела против капсулы вызывают ее увеличение (реакция набухания капсулы). Многие бактерии образуют микрокапсулу – слизистое образование менее 0,2мкм, выявляемое лишь при электронной микроскопии. От капсулы следует отличать слизь – мукоидные экзополисахариды, не имеющие четких внешних границ. Мукоидные экзополисахариды характерны для мукоидных штаммов синегнойной палочки, часто встречающихся в мокроте больных с кистозным фиброзом. Капсула и слизь предохраняют бактерии от повреждений, высыхания.

Споры. При попадании в неблагоприятные условия внешней среды (высушивание, дефицит питательных веществ) бактерии образуют споры. Спорообразование происходит во внешней среде (почва, питательные среды) и не наблюдаеся в тканях человека и животных. Попадая в благоприятные условия, споры прорастают и превращаются снова в вегетативные формы. Спорообразующие бактерии рода Bacillus, у которых размер споры не превышает диаметр клетки, называют бациллами. Спорообразующие бактерии, у которых размер споры превышает диаметр клетки, отчего они принимают форму веретена, называются клостридиями, например бактерии рода Clostridium. Споры кислотоустойчивы, поэтому по методу Ожешко окрашиваются в красный цвет, а вегетативная клетка – в синий. Форма спор может быть овальной, шаровидной; расположение в клетке – терминальное, т.е. на конце палочки (у возбудителя столбняка), субтерминальное – ближе к концу палочки (у возбудителей ботулизма, газовой гангрены) и центральное (у сибиреязвенной бациллы).

Жгутики бактерий определяют подвижность бактериальной клетки. Это тонкие нити, берущие начало от цитоплазматической мембраны, имеют большую длину, чем сама клетка. Жгутики состоят из белка – флагеллина, являющегося антигеном – так называемый Н – антиген. Число жгутиков у бактерий различных видов варьирует от одного (монотрих) у холерного вибриона до десятка и сотен жгутиков, отходящих по периметру бактерии (перетрих) у кишечной палочки, протея и др. Лофотрихи имеют пучок жгутиков на одном из концов клетки. Амфитрихи имеют по одному жгутику или пучку жгутиков на противоположных концах клетки. Жгутики выявляют с помощью электронной микроскопии.

Ворсинки или пили (фимбрии) – нитевидные образования, более тонкие и короткие, чем жгутики. Пили отходят от поверхности клетки и состоят из белка пилина. Различают пили, ответственные за адгезию, т.е. за прикрепление бактерий к поражаемой клетке, а также пили, ответственные за питание, водно-солевой обмен и половые (F- пили), или конъюгационные.

Микроорганизмами (микробами) называют одноклеточные организмы размером менее 0,1 мм, которые невозможно увидеть невооруженным глазом. К ним относятся бактерии, микроводоросли, некоторые низшие мицелиальные грибы, дрожжи, простейшие (рис. 1). Их изучением занимается микробиология.

Рис. 1. Объекты микробиологии.

На рис. 2. можно увидеть некоторых представителей одноклеточных простейших. Иногда к объектам данной науки относят самые примитивные организмы на Земле — вирусы, не имеющие клеточную структуру и представляющие собой комплексы из нуклеиновых кислот (генетического материала) и белка. Чаще их выделяют в совершенно отдельную область исследования (Вирусологию), так как микробиология скорее направлена на изучение микроскопических одноклеточных.

Рис. 2. Отдельные представители одноклеточных эукариот (простейших).

Такие науки, как альгология и микология, изучающие водоросли и грибы, соответственно, являются отдельными дисциплинами, перекрывающимися с микробиологией в случае исследования микроскопических живых объектов. Бактериология является истинным разделом микробиологии. Данная наука занимается изучением исключительно прокариотных микроорганизмов (рис. 3).

Рис. 3. Схема прокариотической клетки.

В отличие от эукариот, к которым относятся все многоклеточные организмы, а также простейшие, микроскопические водоросли и грибы, у прокариот отсутствует оформленное ядро, содержащее генетический материал и настоящие органоиды (постоянные специализированные структуры клетки) .

К прокариотам относятся истинные бактерии и археи, по современной классификации обозначенные, как домены (надцарства) Archaea и Eubacteria (рис. 4).

Рис. 4. Домены современной биологической классификации.

Особенности строения бактерий

Бактерии являются важным звеном в круговороте веществ в природе, разлагают растительные и животные остатки, очищают загрязненные органикой водоемы, модифицируют неорганические соединения. Без них не могла бы существовать жизнь на земле. Данные микроорганизмы распространены везде, в почве, воде, воздухе, организмах животных и растений.

Бактерии различаются по следующим морфологическим особенностям:

1. Форма клеток (округлые, палочковидные, нитчатые, извитые, спиралевидные, а также различные переходные варианты и звездообразная конфигурация).
2. Наличие приспособлений для движения (неподвижные, жгутиковые, за счет выделения слизи).
3. Сочленение клеток друг с другом (изолированные, сцепленные в виде пар, гранул, ветвящиеся формы).

Среди структур, образуемых округлыми бактериями (кокками) выделяют клетки, находящиеся в паре после деления и затем распадающиеся на одиночные образования (микрококки) или остающиеся все время вместе (диплококки). Квадратичную структуру из четырех клеток образуют тетракокки, цепочку – стрептококки, гранулу из 8-64 единиц – сарцины, грозди – стафилококки.

Палочковидные бактерии представлены многообразием форм вследствие большой изменчивости длинны (0,1-15 мкм) и толщины (0,1-2 мкм) клетки. Форма последних также зависит от способности бактерий к образованию спор – структур с толстой оболочкой, позволяющей переживать микроорганизмам неблагоприятные условия. Клетки с такой способностью называет бациллами, а не обладающие такими свойствами просто палочковидными бактериями.

Особыми видоизменениями палочковидных бактерий являются нитчатые (вытянутые) формы, цепочки и ветвящиеся структуры. Последнюю образуют актиномицеты на определенной стадии развития. «Кривые» палочки называют извитыми бактериями, среди которых выделяют вибрионы; спириллы, имеющие два изгиба (15-20 мкм); спирохеты, напоминающие волнистые линии. Их длины клеток 1-3, 15-20 и 20-30 мкм, соответственно. На рис. 5 и 6 представлены основные морфологические формы бактерий, а также типы расположения споры в клетке.

Рис. 5. Основные формы бактерий.

Рис. 6. Бактерии по типу расположения споры в клетке. 1, 4 – в центре; 2, 3, 5 – концевое расположение; 6 – с боку.

Основные клеточные структуры бактерий: нуклеоид (генетический материал), предназначенные для синтеза белка рибосомы, цитоплазматическая мембрана (часть оболочки клетки), которая у многих представителей дополнительно сверху защищена , капсулой и слизистым чехлом (рис. 7).

Рис. 7. Схема бактериальной клетки.

По классификации бактерий выделяют более 20 типов. Например, экстремально термофильные (любители высоких температур) Aquificae, анаэробные палочковидные бактерии Bacteroidetes. Однако наиболее доминантным типом, включающим в себя многообразных представителей, является Actinobacteria. К нему относятся бифидобактерии, лактобациллы, актиномицеты. Уникальность последних заключается в способности формировать мицелий на определенной стадии развития.

В простонародье это называется грибница. Действительно, разветвления клеток актиномицет напоминают гифы грибов. Несмотря на такую особенность, актиномицеты относят к бактериям, так как они являются прокариотами. Естественно их клетки по особенностям структуры менее сходны с грибами.

Актиномицеты (рис. 8) являются медленно растущими бактериями, поэтому не имеют возможности конкурировать за легкодоступные субстраты. Они способны разлагать вещества, которые другие микроорганизмы не могут использовать в качестве источника углерода, в частности углеводороды нефти. Поэтому актиномицеты интенсивно исследуются в области биотехнологии.

Некоторые представители концентрируется в зонах нефтяных месторождений, и создают специальный бактериальный фильтр, препятствующий проникновению углеводородов в атмосферу. Актиномицеты являются активными продуцентами практически ценных соединений: витаминов, жирных кислот, антибиотиков.

Рис. 8. Представитель актиномицет Nocardia.

Грибы в микробиологии

Объектом микробиологии являются только низшие плесневые грибы (ризопус, мукор, в частности). Как все грибы они не способны синтезировать вещества сами и нуждаются в питательной среде. Мицелий у низших представителей данного царства примитивен, не разделен перегородками. Особую нишу в микробиологических исследованиях занимают дрожжи (рис. 9), отличающиеся отсутствием мицелия.

Рис. 9. Формы колоний дрожжевых культур на питательной среде.

В настоящее время об их полезных свойствах собраны многочисленные знания. Однако дрожжи продолжают исследоваться на способность синтезировать практически ценные органические соединения и активно применяются в качестве модельных организмов при проведении генетических экспериментов. С древних времен дрожжи использовались в бродильных процессах. Метаболизм у разных представителей отличается. Поэтому для какого-то конкретного процесса одни дрожжи больше подходят, чем другие.

Например, Saccharomyces beticus, более устойчивые к высоким концентрациям спирта, используются для создания крепких вин (до 24%). В то время как, дрожжи S. cerevisiae способны вырабатывать более низкие концентрации этанола. По направлениям их применения дрожжи классифицируются на кормовые, пекарские, пивные, спиртовые, винные.

Болезнетворные микроорганизмы

Болезнетворные или патогенные микроорганизмы встречаются повсеместно. Наряду с широко известными вирусами: гриппом, гепатитом, корью, ВИЧ и прочее опасными микроорганизмами являются риккетсии, а также стрепто- и стафилококки, вызывающие заражение крови. Среди палочковидных бактерий много возбудителей заболеваний. Например, дифтерия, туберкулез, брюшной тиф, (рис. 10). Немало опасных для человека представителей микроорганизмов встречается среди простейших, в частности малярийный плазмодий, токсоплазма, лейшмания, лямблия, трихомонада, патогенные амебы.

Рис. 10. Фотография бактерии Bacillus anthracis, вызывающей сибирскую язву.

Многие актиномицеты не опасны для человека и животных. Однако немало патогенных представителей встречается среди микобактерий, вызывающих туберкулез, проказу (лепру). Некоторые актиномицеты инициируют такое заболевание, как актиномикоз, сопровождающийся образованием гранулем, иногда повышением температуры тела. Отдельные виды плесневых грибов способны вырабатывать токсические для человека вещества – микотоксины. Например, некоторые представители рода Aspergillus, Fusarium. Патогенные грибы вызывают группу заболеваний, называемых микозами. Так, кандидоз или, попросту говоря, молочницу вызывают дрожжеподобные грибы (рис. 11). Они всегда содержаться в организме человека, но активизируются только при ослаблении иммунитета.

Рис. 11. Гриб Candida – возбудитель молочницы.

Грибы могут вызывать разнообразные поражения кожи, в частности всевозможные виды лишая, кроме опоясывающего (герпеса), который вызывается вирусом. Дрожжи Malassezia – постоянные обитатели кожи человека при спаде активности иммунной системы могут вызвать . Не стоит сразу бежать мыть руки. Дрожжи и условно патогенные бактерии при хорошем здоровье выполняют важную функцию, препятствуют развитию болезнетворных микроорганизмов.

Вирусы как объект микробиологии

Вирусы – самые примитивные организмы на земле. В свободном состоянии в них не происходят никакие обменные процессы. Только при попадании в клетку-хозяина вирусы начинают размножаться. У всех живых организмов носителем генетического материала является дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК). Только среди вирусов встречаются представители с генетической последовательностью типа рибонуклеиновой кислоты (РНК).

Часто вирусы не относят к истинно живым организмам.

Морфология вирусов очень разнообразна (рис. 12). Обычно их диаметральные размеры колеблются в пределах 20-300 нм.

Рис. 12. Разнообразие вирусных частиц.

Отдельные представители достигают в длину 1-1,5 мкм. Структура вируса заключается в окружении генетического материала специальным белковым каркасом (капсидом), отличающимся разнообразием форм (спиральный, икосаэдрический, шарообразный). Некоторые вирусы сверху имеют еще оболочку, сформированную из мембраны клетки-хозяина (суперкапсид). Например, (рис. 13) известен как возбудитель заболевания, которое носит название (СПИД). Он содержит в качестве генетического материала РНК, поражает определенный тип клеток иммунной системы (т-лимфоциты хелперы).

Рис. 13. Строение вируса иммунодефицита человека.

Микробиология изучает строение, жизнедеятельность, условия жизни и развития мельчайших организмов, называемых микробами, или микроорганизмами.

«Невидимые, они постоянно сопровождают человека, вторгаясь в его жизнь то как друзья, то как враги», — сказал академик В. Л. Омельянский. Действительно, микробы есть везде: в воздухе, в воде и в почве, в организме человека и животных. Они могут быть полезны, и их используют в производстве многих пищевых продуктов. Они могут быть вредны, вызывать заболевания людей, порчу продуктов и др.

Микробы были открыты голландцем А. Левенгуком (1632-1723) в конце XVII в., когда он изготовил первые линзы, дававшие увеличение в 200 и более раз. Увиденный микромир поразил его, Левенгук описал и зарисовал микроорганизмы, обнаруженные им на различных объектах. Он положил начало описательному характеру новой науки. Открытия Луи Пастера (1822-1895) доказали, что микроорганизмы отличаются не только формой и строением, но и особенностями жизнедеятельности. Пастер установил, что дрожжи вызывают спиртовое брожение, а некоторые микробы способны вызывать заразные болезни людей и животных. Пастер вошел в историю как изобретатель метода вакцинации против бешенства и сибирской язвы. Всемирно известен вклад в микробиологию Р. Коха (1843-1910) — открыл возбудителей туберкулеза и холеры, И. И. Мечникова (1845-1916) — разработал фагоцитарную теорию иммунитета, основоположника вирусологии Д. И. Ивановского (1864-1920), Н. Ф. Гамалея (1859-1940) и многих других ученых.

Классификация и морфология микроорганизмов

Микробы - это мельчайшие, преимущественно одноклеточные живые организмы, видимые только в микроскоп. Размер микроорганизмов измеряется в микрометрах — мкм (1/1000 мм) и нанометрах — нм (1/1000 мкм).

Микробы характеризуются огромным разнообразием видов, отличающихся строением, свойствами, способностью существовать в различных условиях среды. Они могут быть одноклеточными, многоклеточными и неклеточными.

Микробы подразделяют на бактерии, вирусы и фаги, грибы, дрожжи. Отдельно выделяют разновидности бактерий — риккетсии, микоплазмы, особую группу составляют простейшие (протозои).

Бактерии

Бактерии — преимущественно одноклеточные микроорганизмы размером от десятых долей микрометра, например микоплазмы, до нескольких микрометров, а у спирохет — до 500 мкм.

Различают три основные формы бактерий — шаровидные (кокки), палочковидные (бациллы и др.), извитые (вибрионы, спирохеты, спириллы) (рис. 1).

Шаровидные бактерии (кокки) имеют обычно форму шара, но могут быть немного овальной или бобовидной формы. Кокки могут располагаться поодиночке (микрококки); попарно (диплококки); в виде цепочек (стрептококки) или виноградных гроздьев (стафилококки), пакетом (сарцины). Стрептококки могут вызывать ангину и рожистое воспаление, стафилококки — различные воспалительные и гнойные процессы.

Рис. 1. Формы бактерий: 1 — микрококки; 2 — стрептококки; 3 — сардины; 4 — палочки без спор; 5 — палочки со спорами (бациллы); 6 — вибрионы; 7- спирохеты; 8 — спириллы (с жгутиками); стафилококки

Палочковидные бактерии самые распространенные. Палочки могут быть одиночными, соединяться попарно (диплобактерии) или в цепочки (стрептобактерии). К палочковидным относятся кишечная палочка, возбудители сальмонеллеза, дизентерии, брюшного тифа, туберкулеза и др. Некоторые палочковидные бактерии обладают способностью при неблагоприятных условиях образовывать споры. Спорообразующие палочки называют бациллами. Бациллы, напоминающие по форме веретено, называют клостридиями.

Спорообразование представляет собой сложный процесс. Споры существенно отличаются от обычной бактериальной клетки. Они имеют плотную оболочку и очень малое количество воды, им не требуются питательные вещества, а размножение полностью прекращается. Споры способны длительно выдерживать высушивание, высокие и низкие температуры и могут находиться в жизнеспособном состоянии десятки и сотни лет (споры сибирской язвы, ботулизма, столбняка и др.). Попав в благоприятную среду, споры прорастают, т. е. превращаются в обычную вегетативную размножающуюся форму.

Извитые бактерии могут быть в виде запятой — вибрионы, с несколькими завитками — спириллы, в виде тонкой извитой палочки — спирохеты. К вибрионам относится возбудитель холеры, а возбудитель сифилиса — спирохета.

Бактериальная клетка имеет клеточную стенку (оболочку), часто покрытую слизью. Нередко слизь образует капсулу. Содержимое клетки (цитоплазму) отделяет от оболочки клеточная мембрана. Цитоплазма представляет собой прозрачную белковую массу, находящуюся в коллоидном состоянии. В цитоплазме находятся рибосомы, ядерный аппарат с молекулами ДНК, различные включения запасных питательных веществ (гликогена, жира и др.).

Микоплазмы - бактерии, лишенные клеточной стенки, нуждающиеся для своего развития в ростовых факторах, содержащихся в дрожжах.

Некоторые бактерии могут двигаться. Движение осуществляется с помощью жгутиков — тонких нитей разной длины, совершающих вращательные движения. Жгутики могут быть в виде одиночной длинной нити или в виде пучка, могут располагаться по всей поверхности бактерии. Жгутики есть у многих палочковидных бактерий и почти у всех изогнутых бактерий. Шаровидные бактерии, как правило, не имеют жгутиков, они неподвижны.

Размножаются бактерии делением на две части. Скорость деления может быть очень высокой (каждые 15-20 мин), при этом количество бактерий быстро возрастает. Такое быстрое деление наблюдается на пищевых продуктах и других субстратах, богатых питательными веществами.

Вирусы

Вирусы — особая группа микроорганизмов, не имеющих клеточного строения. Размеры вирусов измеряются нанометрами (8-150 нм), поэтому их можно увидеть только с помощью электронного микроскопа. Некоторые вирусы состоят только из белка и одной из нуклеиновых кислот (ДНК или РНК).

Вирусы вызывают такие распространенные болезни человека, как грипп, вирусный гепатит, корь, а также болезни животных — ящур, чуму животных и многие другие.

Вирусы бактерий называют бактериофагами , вирусы грибов - микофагами и т. п. Бактериофаги встречаются повсюду, где есть микроорганизмы. Фаги вызывают гибель микробной клетки и могут использоваться для лечения и профилактики некоторых инфекционных заболеваний.

Грибы являются особыми растительными организмами, которые не имеют хлорофилла и не синтезируют органические вещества, а нуждаются в готовых органических веществах. Поэтому грибы развиваются на различных субстратах, содержащих питательные вещества. Некоторые грибы способны вызывать болезни растений (рак и фитофтора картофеля и др.), насекомых, животных и человека.

Клетки грибов отличаются от бактериальных наличием ядер и вакуолей и похожи на растительные клетки. Чаще всего они имеют форму длинных и ветвящихся или переплетающихся нитей - гифов. Из гифов образуется мицелий, или грибница. Мицелий может состоять из клеток с одним или несколькими ядрами или быть неклеточным, представляя собой одну гигантскую многоядерную клетку. На мицелии развиваются плодовые тела. Тело некоторых грибов может состоять из одиночных клеток, без образования мицелия (дрожжи и др.).

Грибы могут размножаться разными путями, в том числе вегетативным путем в результате деления гиф. Большинство грибов размножаются бесполым и половым путями при помощи образования специальных клеток размножения - спор. Споры, как правило, способны длительно сохраняться во внешней среде. Созревшие споры могут переноситься на значительные расстояния. Попадая в питательную среду, споры быстро развиваются в гифы.

Обширную группу грибов представляют плесневые грибы (рис. 2). Широко распространенные в природе, они могут расти на пищевых продуктах, образуя хорошо видные налеты разной окраски. Причиной порчи продуктов часто являются мукоровые грибы, образующие пушистую белую или серую массу. Мукоровый гриб ризопус вызывает «мягкую гниль» овощей и ягод, а гриб ботритис покрывает налетом и размягчает яблоки, груши и ягоды. Возбудителями плесневения продуктов могут быть грибы из рода пениииллиум.

Отдельные виды грибов способны не только приводить к порче продуктов, но и вырабатывать токсические для человека вещества — микотоксины. К ним относятся некоторые виды грибов рода аспергиллус, рода фузариум и др.

Полезные свойства отдельных видов грибов используют в пищевой и фармацевтической промышленности и других производствах. Например, грибы рода пениииллиум применяются для получения антибиотика пенициллина и в производстве сыров (рокфора и камамбера), грибы рода аспергиллус — в производстве лимонной кислоты и многих ферментных препаратов.

Актиномицеты — микроорганизмы, имеющие признаки и бактерий, и грибов. По строению и биохимическим свойствам актиномицеты аналогичны бактериям, а по характеру размножения, способности образовывать гифы и мицелий похожи на грибы.

Рис. 2. Виды плесневых грибов: 1 — пениииллиум; 2- аспергиллус; 3 — мукор.

Дрожжи

Дрожжи — одноклеточные неподвижные микроорганизмы размером не более 10-15 мкм. Форма клетки дрожжей бывает чаще круглой или овальной, реже палочковидной, серповидной или похожей на лимон. Клетки дрожжей своим строением похожи на грибы, они также имеют ядро и вакуоли. Размножение дрожжей происходит почкованием, делением или спорами.

Дрожжи широко распространены в природе, их можно обнаружить в почве и на растениях, на пищевых продуктах и различных отходах производства, содержащих сахара. Развитие дрожжей в пищевых продуктах может приводить к их порче, вызывая брожение или закисание. Некоторые виды дрожжей обладают способностью превращать сахар в этиловый спирт и углекислый газ. Этот процесс называется спиртовым брожением и широко используется в пищевой промышленности и виноделии.

Некоторые виды дрожжей кандида вызывают заболевание человека — кандидоз.