Лекция № 5 Морфология и систематика микроорганизмов. Прокариоты (бактерии и актиномицеты).

1 Морфология и систематика микроорганизмов. Морфология микроорганизмов изучает их внешний вид, форму и особенности строения, способность к движению, спорообразованию, способы размножения. Морфологические признаки играют большую роль в распознавании и классификации микроорганизмов. С древнейших времен живой мир делили на два царства: царство растений и царство животных. Когда был открыт мир микроорганизмов, то их выделили в отдельное царство. Таким образом, до Х1Х века весь мир живых организмов делили на три царства. В начале в основу классификации микроорганизмов были положены морфологические признаки, так как больше о них человек ничего не знал. К концу Х1Х века было описано много видов; разные ученые, в основном ботаники, делили микроорганизмы на группы, принятые для классификации растений. В 1897 году для систематики микробов стали использовать, наряду с морфологическими, и физиологические признаки. Как выяснилось впоследствии, для научно обоснованной классификации одних каких-либо признаков бывает недостаточно. Поэтому используют комплекс признаков:

Морфологические (форма клеток, размеры, подвижность, размножение, спорообразование, окраска по Граму);

Культуральные (характер роста на жидких и плотных питательных средах);

Физиолого-биохимические (характер накапливаемых продуктов);

Генотипические (физико-химические свойства ДНК).

Геносистематика позволяет определить вид микроорганизмов не по сходству, а по родству. Установлено, что нуклеотидный состав суммарной ДНК в процессе развития микроорганизмов в разных условиях не изменяется. Идентичны по составу ДНК S- и R-формы. Обнаружены и такие микроорганизмы, которые имеют сходный нуклеотидный состав ДНК, хотя и относятся к разным систематическим группам: кишечные палочки и некоторые коринебактерии. Это указывает на то, что при систематике (таксономии) микробов следует учитывать разные признаки.

До недавнего времени все живые существа клеточного строения в зависимости от взаимоотношения ядра и органелл с цитоплазмой, состава клеточной стенки и других признаков делили на две группы (царства):

1.1 Прокариоты-доядерные (отнесены – организмы, не имеющие четко выраженного ядра, представленного молекулой ДНК в форме кольца; в состав клеточной стенки входит пептидогликан (муреин) и тейхоевые кислоты; рибосомы имеют константы седиментации 70; энергетические центры клетки находятся в мезосомах и отсутствуют органеллы).

1.2 Эукариоты-ядерные (с четко выраженным ядром, отделенным от цитоплазмы оболочкой; в клеточной стенке отсутствует пептидогликан и тейхоевые кислоты; рибосомы цитоплазмы крупнее; константа седиментации 80; энергетические процессы осуществляются в митохондриях; из органелл имеется комплекс Гольджи и др.).

В дальнейшем оказалось, что среди микроорганизмов есть и неклеточные формы-вирусы и поэтому выделили третье группу (царство) - вира.

Для обозначения микроорганизмов принята двойная (бинарная) номенклатура, которая включает в себя название рода и вида. Родовое название пишется с прописной буквы (заглавной), видовое (даже происходящее от фамилии)- со строчной (маленькой). Например, бациллу сибирской язвы называют Bacillus anthracis, кишечную палочку- Escherichia coli, аспергилл черный-Aspergillus niger.

Основной (низшей) таксономической единицей является вид. Виды объединяются в роды, роды - в семейства, семейства -в порядки, порядки - в классы, классы - в отделы, отделы - в царства.

Вид- это совокупность особей одного генотипа с явно выраженным фенотипическим сходством.

Культура - микроорганизмы, полученные от животного, человека, растения или субстрата внешней среды и выращенные на питательной среде. Чистые культуры состоят из особей одного вида (потомство, полученное из одной клетки - клон).

Штамм- культура одного и того же вида, выделенная из различных сред обитания и отличающиеся незначительными изменениями свойств. Например, кишечная палочка, выделенная из организма человека, крупного рогатого скота, водоемов, почвы, могут быть разными штаммами.

2 Прокариоты (бактерии и актиномицеты). Бактерии (прокариоты)-это большая группа микроорганизмов (около 1600 видов), большинство из которых одноклеточные. Форма и размеры бактерий. Основные формы бактерий: шаровидная, палочковидная и извитая. Шаровидные бактерии - кокки имеют обычную форму шара, встречаются уплощенные, овальной или бобовидной формы. Кокки могут быть в виде клеток одиночных - монококки (микрококки) или соединенных в различных сочетаниях: попарно - диплококки, по четыре клетки - тетракокки, в виде более или менее длинных цепочек - стрептококки, а также в виде скоплений кубической формы (в виде пакетов) из восьми клеток, расположенных в два яруса один над другим, - сарцины. Встречаются скопления неправильной формы, напоминающие грозди винограда, - стафилококки. Палочковидные бактерии могут быть одиночными или соединенными попарно - диплобактерии, цепочками по три-четыре и более клеток - стрептобактерии. Соотношения между длиной и толщиной палочек бывают самыми различными. Извитые, или изогнутые, бактерии различаются длиной, толщиной и степенью изогнутости. Палочки, слегка изогнутые в виде запятой, называют вибрионами, палочки с одним или несколькими завитками в виде штопора - спириллами, а тонкие палочки с многочисленными завитками - спирохетами. Благодаря использованию электронного микроскопа для изучения микроорганизмов в естественных природных субстратах были обнаружены бактерии, имеющие особую форму клеток: замкнутого или разомкнутого кольца (тороиды); с выростами (простеками); червеобразной формы - длинные с загнутыми очень тонкими концами; а также в виде шестиугольной звезды.

Размеры бактерий очень малы: от десятых долей микрометра (мкм) до нескольких микрометров. В среднем размер тела большинства бактерий 0,5-1 мкм, а средняя длина палочковидных бактерий - 2-5 мкм. Встречаются бак­терии, размеры которых значительно превышают среднюю величину, а некоторые находятся на грани видимости в обычных оптических микроскопах. Форма тела бактерий, как и их размеры, может изменяться в зависимости от возраста и условий роста. Однако при определенных, относительно стабильных условиях бактерии сохраняют присущие данному виду размеры и форму. Масса бактериальной клетки очень мала, приблизительно 4- 10- 1:! г.

Строение бактериальной клетки . Клетка прокариотных организмов, к которым относятся бактерии, обладает принципиальными особенностями ультраструктуры. Клеточная стенка (оболочка) - важный структурный элемент большинства бактерий. На долю клеточной стенки приходится от 5 до 20% сухих веществ клетки. Она обладает эластичностью, служит механическим барьером между протопластом и окружающей средой, придает клетке определенную форму. В состав клеточной стенки входит специфическое для прокариотных клеток гетерополимерное соединение - пептидогликан (муреин), отсутству­ющий в клеточных стенках эукариотных организмов. По методу окраски, предложенному датским физиком X. Грамом (1884 г.), бактерии делятся на две группы: грамположительные и грамотрицателъные. Грамположительные клетки удерживают краску, а грамотрицателъные не удерживают ее, что обусловлено различиями в химическом составе и ультраструктуре их клеточных стенок. У грамположительных бактерий клеточные стенки более толстые, аморфные, в них содержится большое количество муреина (от 50 до 90% сухой массы клеточной стенки) и тейхоевые кис­лоты. Клеточные стенки грамотрицательных бактерий более тонкие, слоистые, в них содержится много липидов, мало муреина (5-10%) и отсутствуют тейхоевые кислоты.

Клеточная стенка бактерий часто бывает покрыта слизью. Слизистый слой может быть тонким, едва различимым, но может быть и значительным, может образовывать капсулу. Нередко по размеру капсула намного превышает бактериальную клетку. Ослизнение клеточных стенок иногда бывает настолько сильным, что капсулы отдельных клеток сливаются в слизистые массы (зоогели), в которые вкраплены бактериальные клетки. Образуемые некоторыми бактериями слизистые вещества не удерживаются в виде компактной массы вокруг клеточной стенки, а диффундируют в окружающую среду. При быстром размножении в жидких субстратах слизеобразующие бактерии могут превратить их в сплошную слизистую массу. Такое явление наблюдается иногда в сахаристых экстрактах из свеклы при производстве сахара. За короткое время сахарный сироп может превратиться в тягучую слизистую массу. Ослизнению подвергаются мясо, колбасы, творог; наблюдается тягучесть молока, рассолов, квашеных овощей, пива, вина. Интенсивность слизеобразования и химический состав слизи зависят от вида бактерий и условий культивирования. Капсула обладает полезными свойствами, слизь предохраняет клетки от неблагоприятных условий - у многих бактерий в таких условиях усиливается слизеобразование. Капсула защищает клетку от механических повреждений и высыхания, создает дополнительный осмотический барьер, служит препятствием для проникновения фагов, антител, иногда она является источником запасных питательных ве­ществ. Цитоплазматическая мембрана отделяет от клеточной стенки содержимое клетки. Это обязательная структура любой клетки. При нарушении целостности цитоплазматической мембраны клетка теряет жизнеспособность. На долю цитоплазматической мембраны приходится 8-15% сухого вещества клетки. В мембране содержится до 70-90% липидов клетки, толщина ее 7-10 нм 1 . На срезах клеток в электронном микроскопе она видна в виде трехслойной струк­туры - одного липидного слоя и двух примыкающих к нему с обеих сторон белковых слоев. Цитоплазматическая мембрана местами впячивается внутрь клетки, образуя всевозможные мембранные структуры. В ней находятся различ­ные ферменты; она полупроницаема, играет важную роль в обмене веществ между клеткой и окружающей средой. Цитоплазма бактериальной клетки представляет собой полужидкую, вязкую, коллоидную систему. Местами она пронизана мембранными структурами - мезосомами, которые произошли от цитоплазматической мембраны и сохранили с ней связь. Мезосомы выполняют различные функции; в них и в связанной с ними цитоплазматической мембране имеются ферменты, участвующие в энергетических процессах - в снабжении клетки энергией. Хорошо развитые мезосомы обнаружены только у грамположительных бактерий, у грамотрицательных они развиты слабо и имеют более простое строение. В цитоплазме содержатся рибосомы, ядерный аппарат и различные включения. Рибосомы рассеяны в цитоплазме в виде гранул размером 20-30 нм; рибосомы состоят примерно на 60% из рибонуклеиновой кислоты (РНК) и на 40% из белка. Рибосомы ответственны за синтез белка клетки. В бактериальной клетке в зависимости от ее возраста и условий жизни может или быть 5-50 тыс. рибосом. Ядерный аппарат бактерий называют нуклеоидом. Электронная микроскопия ультратонких срезов клетки бактерий позволила установить, что носителем генетической информации клетки является молекула дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). ДНК имеет форму двойной спиральной нити, замкнутой в кольцо; ее еще называют "бактериальная хромосома". Она расположена в определенном участке цитоплазмы, но не отделена от нее собственной мембраной.

Цитоплазматические включения бактериальной клетки разнообразны, в основном это запасные питательные вещества, которые откладываются в клетках, когда они развиваются в условиях избытка питательных веществ в среде, и потребляются, когда клетки попадают в условия голодания. В клетках бактерий откладываются полисахариды: гликоген, крахмалоподобное вещество гранулеза, которые используются в качестве источника углерода и энергии. Липиды обнаруживаются в клетках в виде гранул и капелек. Жир служит хорошим источником углерода и энергии. У многих бактерий накапливаются полифосфаты; они содержатся в волютиновых гранулах и используются клетками как источник фосфора и энергии. В клетках серных бактерий откладывается молекулярная сера.

Подвижность бактерий . Шаровидные бактерии, как правило, неподвижны. Палочковидные бактерии бывают как подвижные, так и неподвижные. Изогнутые и спиралевидные бактерии подвижны. Некоторые бактерии перемещаются путем скольжения. Движение большинства бактерий осуществляется с помощью жгутиков. Жгутики - это тонкие, спирально закрученные нити белковой природы, которые могут осуществлять вращательные движения. Длина жгутиков различна, а толщина так мала (10-20 нм), что в световой микроскоп их можно увидеть только после специальной обработки клетки. Наличие, число и расположение жгутиков - постоянные для вида признаки и имеют диагностическое значение. Бактерии с одним жгутиком на конце клетки получили название монотрихов; с пучком жгутиков - лофотрихов", с пучком жгутиков на обоих концах клетки - амфитрихов; бактерии, у которых жгутики находятся на всей поверхности клетки, называются перитрихами. Скорость передвижения бактерий велика: за секунду клетка со жгутиками может пройти расстояние в 20-50 раз больше, чем длина ее тела. При неблагоприятных условиях жизни, при старении клетки, при механическом воздействии подвижность может быть утрачена. Кроме жгутиков, на поверхности некоторых бактерий имеются в большом количестве нитевидные образования, значительно тоньше и короче, чем жгутики - фимбрии (или пили).

Размножение бактерий. Для прокариотных клеток характерно простое деление клетки надвое. Деление клетки начинается, как правило, спустя некоторое время после деления нуклеоида. Палочковидные бактерии делятся попе­рек, шаровидные формы в разных плоскостях. В зависимости от ориентации плоскости деления и их числа возникают различные формы: одиночные кокки, парные, цепочки, в виде пакетов, гроздьев. Особенностью размножения бактерий является быстрота протекания процесса. Скорость деления зависит от вида бактерий, условий культивирования: некоторые виды делятся через каждые 15-20 мин, другие - через 5-10 ч. При таком делении число клеток бактерий за сутки достигает огромного количества. Это часто наблюдается на пищевых продуктах: быстрое скисание молока вследствие развития молочно-кислых бактерий, быстрая порча мяса и рыбы за счет развития гнилостных бактерий и т.д.

Спорообразование. Споры у бактерий образуются обычно при неблагоприятных условиях развития: при недостатке питательных веществ, изменении температуры, рН, при накоплении продуктов обмена выше определенного уровня. Способностью образовывать споры обладают в основном па­лочковидные бактерии. В каждой клетке образуется только одна спора (эндоспора).

Спорообразование - сложный процесс, в нем различают несколько стадий: сначала наблюдается перестройка генетического аппарата клетки, изменяются морфология нуклеоида. В клетке прекращается синтез ДНК. Ядерная ДНК вытягивается в виде нити, которая затем разделяется; часть ее концентрируется у одного из полюсов клетки. Эта часть клетки называется спорогенной зоной. В спорогенной зоне происходит уплотнение цитоплазмы, затем этот участок обособляется от остального клеточного содержимого перегородкой (септой). Отсеченный участок покрывается мембраной материнской клетки, образуется так называемая проспора. Проспора - это структура, располагающаяся внутри материнской клетки, от которой она отделена двумя мембранами: наружной и внутренней. Между мембранами формируется кортикальный слой (кортекс), сходный по химическому составу с клеточной стенкой вегетативной клетки. Помимо пептидогликана, в кортексе содержится дипиколиновая кислота (С 7 Н 8 О 4 Мg), которая отсутствует в вегетативных клетках. В дальнейшем по­верх проспоры образуется оболочка споры, состоящая из нескольких слоев. Число, толщина и строение слоев различны у разных видов бактерий. Поверхность наружной оболочки может быть гладкой либо с выростами разной длины и формы. Поверх оболочки споры нередко образуется еще тонкий покров, окружающий спору в виде чехла, - экзоспориум.

Споры имеют обычно круглую или овальную форму. Диаметр спор некоторых бактерий превышает ширину клетки, вследствие чего форма спороносящих клеток, изменяется. Клетка приобретает форму веретена (клостридиум ) , если спора расположена в ее центре, или форму барабанной палочки (плектридиум) , когда спора приближена к концу клетки.

После созревания споры материнская клетка отмирает, оболочка ее разрушается, и спора освобождается. Процесс образования споры протекает в течение нескольких часов.

Наличие у бактериальных спор плотной, труднопроницаемой оболочки, малое содержание в ней воды, большое количество липидов, а также наличие кальция и дипиколиновой кислоты обусловливают высокую устойчивость спор к факторам внешней среды. Споры могут находиться в жизнеспособном состоянии сотни и даже тысячи лет. Например, жизнеспособные споры выделены из трупов мамонтов и египетских мумий, возраст которых исчисляется тысячелетиями. Споры устойчивы к высокой температуре: в сухом состоянии они погибают после прогревания при 165-170°С в течение 1,5-2 ч, а при перегретом паре (в автоклаве) -- при 121°С в течение 15-30 мин.

В благоприятных условиях спора прорастает в вегетативную клетку; этот процесс обычно длится несколько часов.

Прорастающая спора начинает активно поглощать воду, активизируются ее ферменты, усиливаются биохимические процессы, приводящие к росту. Кортекс при прорастании споры превращается в клеточную стенку молодой вегетативной клетки; освобождаются во внешнюю среду дипиколиновая кислота и кальций. Внешняя оболочка споры разрывается, через разрывы выходит наружу "росток" новой клетки, из которого затем формируется вегетативная бактериальная клетка.

Порчу пищевых продуктов вызывают лишь вегетативные клетки. Знание факторов, способствующих образованию спор у бактерий, и факторов, которые вызывают их прорастание в вегетативные клетки, имеет значение в выборе способа обработки продуктов с целью предотвращения их микробной порчи.

Изложенные выше сведения характеризуют в основном так называемые истинные бактерии. Существуют и другие, более или менее отличающиеся от них, к которым относятся следующие.

Нитчатые (нитевидные бактерии). Это многоклеточные организмы в виде нитей различной длины, диаметром от 1 до 7 мкм, подвижных или прикрепленных к субстрату. В основном нити со слизистым чехлом. Они могут содержать окись магния или окислы железа. Живут в водоемах, встречаются в почве.

Миксобактерии. Это палочковидные бактерии, передвигаются путем скольжения. Они образуют плодовые тела - скопления клеток, заключенных в слизь. Клетки в плодовых телах переходят в покоящееся состояние - миксоспоры. Эти бактерии живут в почве, на различных растительных остатках.

Почкующиеся и стебельковые бактерии размножаются почкованием, образуют стебельки или то и другое вместе. Есть виды с выростами - простеками. Живут в почве и водоемах.

Актиномицеты. Бактерии имеют ветвистую форму. Одни - палочки слегка разветвленные (см. рис. 2, д), другие - в виде тонких ветвящихся нитей, образующих одноклеточный мицелий. Мицелиальные актиномицеты, называ­емые "лучистые грибки", размножаются спорами, развивающимися на воздушных ветвях мицелия. Актиномицеты бывают окрашены; они широко распространены в природе. Встречаются и на пищевых продуктах и могут вызвать их порчу. Продукт приобретает характерный землистый запах. Многие актиномицеты продуцируют антибиотики. Есть виды, патогенные для человека и животных.

Микоплазмы. Организмы без клеточной стенки, покрыты лишь трехслойной мембраной. Клетки очень мелкие, иногда ультрамикроскопических размеров (около 200 нм), плеоморфные (разнообразной формы) - от кокковидных до нитевидных. Некоторые вызывают заболевания человека, животных, растений.

Основы систематики бактерий Современные системы классификации бактерий по существу являются искусственными, объединяют бактерии в определенные группы на основе сходства их по комплексу морфологических, физиологических, биохимических и генотипических признаков.В этих целях используется руководство Берги по определению бактерий (1974 год, 8-е издание и 1984 г.- 9-е издание). По 8-му изданию все прокариоты делят на два отдела - цианобактерии и бактерии. Первый отдел - цианобактерии (синезеленые водоросли) - это фототрофные микроорганизмы. Второй отдел - бактерии. Этот отдел разделен на 19 групп. К 17-ой группе относят актиномицеты. По 9-му изданию царство прокариот подразделено на четыре отдела в зависимости от наличия или отсутствия клеточной стенки и ее химического состава: в первый отдел - тонкокожие, включены группы бактерий, грамотрицательные, фототрофные и цианобактерии; во 2-ой отдел - твердокожие, включены группы бактерий, относящиеся к окраске по Граму положительно; в третий отдел включены микоплазмы- бактерии, не имеющие клеточной стенки; в четвертый отдел включены метанобразующие и архебактерии(особая группа бактерий, обитающая в экстремальных условиях внешней среды и являющиеся одной из древнейших форм жизни).

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.

Бактерии относятся к одноклеточным организмам, принадлежат к растительному миру и не содержащим хлорофилла. Наиболее крупными явл.бактерии сибирской язвы и газовой гангрены, а наиболее мелкими ― возбудители бруцеллеза и туляремии.
Три основные формы бактерий : шаровидные (кокки), палочковидные (бактерии, бациллы) и извитые (вибрионы и спириллы).

Шаровидные формы ― по внешнему виду кокки имеют форму шара. Большинство кокков ― сапрофиты, они не образуют спор, неподвижны, широко распространены в природе. Клетки, остающиеся несоед. друг с другом после деления и видимые в препарате как отдельно лежащие кокки, называются микрококками. Клетки, делящиеся в одной плоскости и после деления остающиеся соедин. по две, называются диплококками. Тетракокки и сарцины широко распростр. и не обладают патогенными свойствами.

Палочковидные формы бывают спороносные и песпороносные. По величине: крупные, средние и мелкие палочки, имеющие цилиндр. и овальную форму. Концы клеток могут быть закруглены или срезаны. Клетки, образ. на концах булавовидные утолщения и зернистые включения, наз. коринебактериями. Из коринебактерий к патогенным видам относ. возбудитель дифтерии.

Извитые формы широко распространены в природе. К ним относятся спириллы и вибрионы. Спириллы имеют штопорообразную извитую форму и несколько завитков. Среди спирилл встречается патогенный вид, вызывающий болезнь Содоку. Вибрионы имеют изогнутую форму, напоминающую запятую.

Под влиянием различных факторов внешней среды (t, влажность, биолог. факторы, искусствен. питательные среды) бактерии часто и резко меняют морфологию и некоторые другие свойства.

Грибы и простейшие имеют четко ограниченное ядро и относятся к эукариотам. Грибы крупнее бактерий, близки к растениям (наличие клеточной стенки, содержащей хитин или целлюлозу, вакуолей с клеточным соком, неспособность к перемещению).

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 вегетативным способом. При вегетативном размножении образуются споры - конидии . Они могут располагаться в специализированных вместилищах - спорангиях (эндоспоры) или отшнуровываться от плодоносящих гиф (экзоспоры). Дрожжевые клетки размножаются почкованием, мицелий не образуют.

Водоросли - относятся к растениям. Содержат светочувствительные пигменты, которые находятся в хлоропластах. Благодаря этим пигментам они способны осуществлять фотосистему.

2 типа: зеленая водоросль, диатомовая водоросль

Вирусы открыты при изучении листьев табачной мазаики.

Особенности:

1.Очень маленький размер

2.Не имеют клеточного строения

3.Не могут расти на питательных средах и осущ. бинарное деление

4.Не имеют собственных метаболических систем

6.Репродукция, т.е. воспроизводство вируса осуществляется только в клетке хозяина

Многоклеточные животные организмы : коловратки, черви, низшие ракообразные

ВВЕДЕНИЕ

ПРЕДМЕТ И ЗАДАЧИ МЕДИЦИНСКОЙ МИКРОБИОЛОГИИ

ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ МЕДИЦИНСКОЙ МИКРОБИОЛОГИИ

СИСТЕМАТИКА И КЛАССИФИКАЦИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ

Основы морфологии бактерий

БАКТЕРИИ

ВВЕДЕНИЕ

Наша планета населена огромным числом живых существ. Микроорганизмы наиболее древняя форма жизни на Земле, они появились 3-4 млрд. лет тому назад. Их можно обнаружить в почве, в пыли, в воде, в воздухе, на покровах животных и растений, внутри организмов и даже в горячих источниках, в космосе. Все живые организмы, населяющие нашу планету, относятся к макро- или микромиру.

К макромиру принадлежат организмы, видимые невооруженным глазом:

млекопитающие

пресмыкающиеся

птицы, рыбы и др.

К микромиру - представители живой природы, которых можно наблюдать с помощью микроскопа:

бактерии

простейшие

С точки зрения медицины все микробы можно разделить на 3 группы:

Ø Бактерии и грибы разрушают органическое вещество и участвуют в круговороте веществ в природе.

Ø Разлагая органические вещества, микроорганизмы являются причиной порчи продуктов.

Ø Некоторые микроорганизмы в результате своей жизнедеятельности разрушают человеческие строения, чем наносят огромный ущерб.

Ø Человек использует бактерии для очистки сточных вод.

Ø Человек получает с помощью микроорганизмов множество незаменимых продуктов (хлеб и сыр, вино и кумыс, льняная пряжа).

Ø Некоторые микроорганизмы являются причиной инфекционных заболеваний человека.

Ø В кишечнике человека и других животных живут многие бактерии-симбионты, которые приносят огромную пользу организму.

Ø Бактерии, живущие внутри организма, выделяют дополнительное тепло.

Ø Человек заставил микробы вырабатывать бактериальные удобрения, антибиотики, витамины, препараты для защиты растений. Такое техническое использование микроорганизмов называется биотехнологией.

Ø Методом генетической инженерии получают многие белковые биологические вещества, представляющие ценность для медицины.

ПРЕДМЕТ И ЗАДАЧИ МЕДИЦИНСКОЙ МИКРОБИОЛОГИИ

Микробиология (греч.micros - малый, лат.bios - жизнь, logos- учение) - наука, предметом изучения которой являются микроскопические существа, называемые микроорганизмами, или микробами, их биологические признаки, систематика, экология, взаимоотношения с другими организмами, населяющими нашу планету, - животными, растениями и человеком. Медицинская микробиология и иммунология тесно связаны со всеми медицинскими дисциплинами (инфектологией, терапией, педиатрией, хирургией, фтизиатрией, гигиеной, фармакологией и др.). Значительно возросла роль микробиологии, вирусологии и иммунологии в решении многих проблем здравоохранения.

Цель медицинской микробиологии - глубокое изучение структуры и важнейших биологических свойств патогенных микробов, взаимоотношения их с организмом человека в определенных условиях природной и социальной среды, совершенствование методов микробиологической диагностики, разработка новых, более эффективных лечебных и профилактических препаратов, решение такой важной проблемы, как ликвидация и предупреждение инфекционных болезней. Микробиология изучает многообразный мир микробов. В своем развитии она разделилась на несколько самостоятельных дисциплин. В первую очередь её можно разделить на общую и частную микробиологию.

В зависимости от решаемых задач делится:

микробиология бактерия клетка морфология

ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ МЕДИЦИНСКОЙ МИКРОБИОЛОГИИ

Медицинская микробиология развилась в результате изучения инфекционных болезней.

История развития медицинской микробиологии как самостоятельной научной дисциплины насчитывает несколько этапов, обусловленных не столько временными периодами, сколько уровнем развития науки и техники.

Эвристический этап - период догадок и случайных находок. О существовании микробов догадывались уже древние мыслители и врачи. «Отец медицины» Гиппократ считал, что некоторые болезни человека вызываются какими-то невидимыми частицами, которые он называл миазами. О живой природе миазм начали догадываться значительно позднее. Римский поэт Веррон уже определенно считал миазмы живыми существами. Итальянский врач Джироламо Фракасторо, живший в середине века, писал, что заболевания передаются от человека человеку «живыми контагиями». Он создал учение о живом «контагии» - «мельчайших и недоступных нашим чувствам частиц», которые, проникая в организм человека, вызывают болезнь.

Величайшее открытие эвристического периода в медицинской микробиологии было сделано в конце 18 в. Э.Дженнером, который предложил вакцинацию против черной оспы путем нанесения на кожу человека содержимого оспин (пустул) от больных коров. Вирус коровьей оспы, содержащийся в пустулах, предохранял человека от заражения черной оспы. Еще не была доказана роль микробов в патологии, еще не была разработана теория защитных прививок, но микробиология начала реально помогать людям.

Морфологический этап микробиологии начался в 17 в., когда голландский натуралист А. Левенгук впервые увидел микробы, находящиеся в воде, травяных настоях, пищевых продуктах, ротовой полости, кишечнике и т.д. Для своих наблюдений он использовал двояковыпуклые линзы (лупы), приготовленные им самим. Они давали увеличение в 160 - 200 раз. Увиденные микробы А. Левенгук назвал ничтожными «зверушками» и подробно описал их в письмах в Британское королевское научное общество. все его описания форм микробов (шарообразные, палочковидные, извитые и др.) были настолько точны, что до настоящего времени сохранили свое значение.

Прообраз микроскопа как систему двух линз (объектива и окуляра) создал в 1590г. голландец З. Янсен. В последующие годы этот прибор многократно усовершенствовался. В результате в середине ХIХ века появился микроскоп, который по техническим возможностям не уступал современным световым микроскопам. Он мог увеличивать рассматриваемые предметы в 1000 раз. Создание микроскопов стимулировало развитие микробиологии. Начался период «охотников за микробами».

Первыми были открыты возбудители заболеваний волос и кожи человека: парши (Шенлейн), стригущего лишая (Груби), отрубевидного лишая (Эйхштедт) и молочницы (Лагенбек, Груби). Так зародилась наука о патогенных грибах - микология.

Развитие микробиологии ускорилось после того, как Р.Кох в конце ХIХ века разработал твердые питательные среды для получения чистых культур микроорганизмов, а также предложил использовать красители для изучения морфологии микробных клеток.

Различные микробиологические методики, разработанные Р. Кохом, позволили изучить возбудителей почти всех инфекционных заболеваний. Р. Кох выделил чистую культуру возбудителя сибирской язвы, туберкулёза (палочка Коха) и холеры (запятая Коха).

Среди всех «охотников за микробами» самым знаменитым был французский ученый Л. Пастер. Он доказал патологическую роль микробов родильной горячки, абсцессов и остеомиелита.

В последующие годы Т. Эшерих открыл кишечную палочку, Э. Ру - дифтерийную палочку, Д. Сальмон - возбудителей кишечных инфекций. Вслед за ними последовали новые открытия. К. Шига описал возбудителей дизентерии и коклюша, Г. Ганзен - проказы, С. Китазато - столбняка и чумы, а Ф. Шаудин и Э. Гофман - сифилиса.

Важнейшим событием в микробиологии было обнаружение ядовитых веществ (токсинов), выделяемых микробами. Это было сделано учеником Л. Пастера - Э. Ру, которые доказал, что основные симптомы и тяжесть течения дифтерии обусловлены токсином, выделяемым дифтерийной палочкой. Им был предложен способ лечения дифтерии при помощи специфических белков сыворотки крови (антител), нейтрализующих микробный токсин. Все перечисленные «охотники за микробами» заложили основы медицинской микробиологии.

Еще в конце ХIХ века обнаружено, что болезни человека могут быть вызваны не только бактериями, но и простейшими. Русские ученые Ф.А. Леш и П.Ф. Боровский открыли возбудителей амёбной дизентерии и кожного лейшманиоза. В дальнейшем доказана патогенная роль малярийного плазмодия, трихомонад, токсоплазм, балантий и других простейших. Зародилось новое направление в медицинской микробиологии - протозоология.

Русский ученый И.И. Мечников, работавший в институте Л. Пастера, первым изучил мир собственной микрофлоры организма и других микробов, окружающих человека. Он первым указал на большое значение микрофлоры для жизнедеятельности человека в норме и при патологии. Болезнетворные свойства микробов аутофлоры и окружающей среды проявляются только при ухудшении здоровья человека (условно-патогенные микробы). Таким образом, И.И. Мечников является основоположником нового раздела микробиологии - экологической микробиологии.

Морфологический период развития микробиологии не окончен, так как ученые делают все новые и новые открытия. Всего к настоящему времени было выделено и изучено около 4000 видов бактерий.

Развитие микробиологической техники, создание мелкопористых фильтров с определенным размером пор, использование метода культуры клеток позволили открыть вирусы. Период «охотников за микробами» сменился периодом «охотников за вирусами». Первым из них был русский ученый Д.И. Ивановский, выделивший в чистом виде (1892) вирус табачной мозаики. Вслед за ним Ф. Леффлер и П. Фрош открыли вирус ящура, поражающего животных, Т. Смит - вирус желтой лихорадки, вызывающий поражение печени у людей, Ф. Дэрелль - бактериофаг (вирус, поражающий бактерии), В. Смит с соавторами - вирус гриппа, Л.А. Зильбер - вирус энцефалита и онкогенные вирусы. Возникла новая наука - вирусология.

Развитию вирусологии способствовало изобретение в 30-е годы ХХ века электронного микроскопа, в котором в качестве осветителя используется источник электронов, фокусируемых электростатическими линзами. Электронный микроскоп в 10 000 раз увеличивает изображение объекта. Его создание позволило увидеть «портреты» вирусов.

Изучение патогенных вирусов продолжается. В 1982 году Л. Монтанье и Р. Гало открыли вирус иммунодефицита человека (ВИЧ/СПИД). В 2003 году китайские ученые описали вирус, вызывающий острый респираторный синдром (SARS) - атипичную пневмонию.

В 1963 году американский ученый К. Гайдушек доказал существование принципиально нового инфекционного начала, названного прионом. В отличие от всех других микробов прионы не содержат нуклеиновых кислот и являются белками с низкой молекулярной массой (инфекционные белковые молекулы). Они поражают клетки ЦНС, вызывают их разрыв и губкообразное перерождение, что закономерно заканчивается гибелью организма. Вызываемые прионами болезни стали называть «медленными инфекциями», так как между заражением и гибелью организма проходило от 5 до 20 лет. До настоящего времени не разработано средств лечения этих заболеваний.

Обнаружение возбудителей болезней сопровождалось изучением их биологических свойств. За морфологическим периодом развития микробиологии последовал ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЙ. В этот период изучены процессы обмена веществ и дыхания у микробов, их ферментативная активность, размножение и рост на питательных средах. Физиологический период развития микробиологии связан с именем Л. Пастера. Он открыл ферментативную природу брожения, вызываемого жизнедеятельностью микробов, и заложил основы промышленной микробиологии, основал принципы стерилизации питательных сред. Изучение особенностей жизнедеятельности микробов привело к появлению противобактериальных препаратов, способных убивать микробы в организме или препятствовать их размножению (сульфаниламиды и антибиотики). Основоположниками химиотерапии можно считать П. Эрлиха, синтезировавшего сульфаниламид - стрептоцид. Первый антибиотик пенициллин выделен в химически чистом виде английским ученым А. Флемингом и отечественным микробиологом З. В. Ермольевой. С каждым годом расширяется список противобактериальных препаратов. В настоящее время их количество исчисляется сотнями. Были получены препараты, обладающие противовирусной активностью (интерферон).

С именами Л. Пастера, И.И. Мечникова и П. Эрлиха связан иммунологический этап развития микробиологии. В медицинскую практику вошли профилактические вакцины, приготовленные из микробов против многих инфекционных заболеваний, а также лечебные сыворотки, содержащие специфические антитела против микробных токсинов.

В ХХ веке начался этап развития молекулярно-генетической микробиологии и иммунологии. В это время изучали основы молекулярного строения микробов, антител, генетического аппарата клеток и, наконец, генетического кода человека, обеспечивающего, в частности, иммунный ответ организма.

СИСТЕМАТИКА И КЛАССИФИКАЦИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ

М/о - это организмы, невидимые невооруженным глазом из-за их незначительных размеров.

Базовая категория (таксон) биологической классификации, отражающая определенную стадию эволюции отдельной популяции организмов - вид. Вид - эволюционно сложившаяся совокупность особей, имеющая единый генотип, который в стандартных условиях проявляется сходными морфологическими, биохимическими и другими признаками. Принципы таксономии и номенклатуры микроорганизмов

Живые организмы (микроорганизмы) М/о относятся к 3 царствам:

Прокариоты PROCARIOTAE:

Эубактерии

Грациликуты (тонкая клеточная стенка)

Фирмикуты (толстая клеточная стенка)

Спирохеты, риккетсии, хламидии, микоплазмы, актиномицеты. Архебактерии

Мендосикуты

Эукариоты EUCARIOTAE: Животные Растения Грибы ПростейшиеНеклеточные формы жизни VIRA: Вирусы Прионы Плазмиды

Для микроорганизмов приняты следующие категории (таксоны) таксономической иерархии (по восходящей): Вид - Род - Семейство - Порядок - Класс - Отдел - Царство.

Названия видов биноминальны (бинарны), то есть обозначаются двумя словами. Первое слово обозначает Род и пишется с заглавной буквы, второе слово обозначает Вид и пишется со строчной буквы.

Схема формирования биноминального названия микроорганизмов.

Примеры конструирования биноминального названия бактерий.

Вид бактерий	Условное обозначение принадлежности к:
Bacillus anthracis	Bacillus (палочка)	anthracis (уголь - «антрацит»)
Clostridium tetanus	Clostridium (веретено)	tetanus (судороги)
Staphilococcus aureus	Staphilococcus (гроздья винограда, шар)	aureus (золотистый цвет колонии)
Shigella dysenteriae		dysenteriae (расстройство кишечника)
		coli (кишка)
Salmonella typhi		typhus («туман» - бред)

ОСНОВЫ МОРФОЛОГИИ БАКТЕРИЙ

Специализированные термины:

Штамм - культура микроорганизмов, выделенная из определенного конкретного источника (организма или объекта окружающей среды).

Форма бактерий. Размер бактерий.

Строение бактериальной клетки.

Характеристика некоторых групп бактерий.

ФОРМА БАКТЕРИЙ. РАЗМЕР БАКТЕРИЙ

Отдельным видам бактерий с достаточным постоянством присущи определенные формы и размер.

Выделяют три основные формы бактерий - шаровидные, палочковидные и извитые.

Шаровидные бактерии, или кокки

Форма шаровидная или овальная.

Микрококки - отдельно расположенные клетки.

Диплококки - располагаются парами.

Стрептококки - клетки округлой или вытянутой формы, составляющие цепочку.

Сарцины - располагаются в виде «пакетов» из 8 и более кокков. Стафилококки - кокки, расположенные в виде грозди винограда в результате деления в разных плоскостях.

Рис. 1. Шаровидные бактерии (энтерококки). Электронная микрофотография (ЭМ).

Палочковидные бактерии. Форма палочковидная, концы клетки могут быть заостренными, закругленными, обрубленными, расщепленными, расширенными. Палочки могут быть правильной и неправильной формы, в том числе ветвящиеся, например у актиномицетов.

По характеру расположения клеток в мазках выделяют:

Монобактерии - расположены отдельными клетками.

Диплобактерии - расположены по две клетки.

Стрептобактериии - после деления образуют цепочки клеток.

Палочковидные бактерии могут образовывать споры: бациллы и клостридии.

Рис. 2. Палочковидные бактерии (кишечная палочка). ЭМ.

Извитые бактерии

Форма - изогнутое тело в один или несколько оборотов.

Вибрионы - изогнутость тела не превышает одного оборота.

Спирохеты - изгибы тела в один или несколько оборотов.

Рис. 3. Извитые бактерии (холерный вибрион). ЭМ.

Размер бактерий

Микроорганизмы измеряются в микрометрах и нанометрах.

Средние размеры бактерий - 2 - 3 х 0,3 - 0,8 мкм.

Форма и размер - важный диагностический признак.

Способность бактерий изменять свою форму и величину называется полиморфизм.

БАКТЕРИИ

СТРОЕНИЕ БАКТЕРИАЛЬНОЙ КЛЕТКИ

Строение бактерий.

Тело бактерии состоит из цитоплазмы (с различными включениями) и цитоплазматической мембраны, окруженных клеточной стенкой.

Цитоплазма занимает основной объем бактериальной клетки. Важнейшим компонентом цитоплазмы является нуктеотид, который считается эквивалентом ядра и расположен в центральной зоне бактерии. Кроме нуклеотида, в цитоплазме находятся плазмиды, являющиеся факторами наследственности (их может быть от 1 до 200).

Цитоплазматическая мембрана ограничивает цитоплазму (участвует в транспорте питательных веществ).

Между клеточной стенкой и цитоплазматической мембраной находится пространство - периплазма, содержащая ферменты.

Клеточная стенка - прочная структура, придающая бактерии определенную форму. По типу строения клеточной стенки бактерии подразделяют на грамположительные с толстой стенкой и грамотрицательные с тонкой клеточной стенкой.

Основным компонентом клеточной стенки у грамположительных бактерий является пептидоглюкан, способный удерживать краску генцианвиолет в комплексе с йодом (сине-фиолетовый цвет) при обработке препарата спиртом.

Клетки бактерий в процессе жизнедеятельности образуют защитные органеллы - капсулы и споры.

Капсула - внешний уплотненный слизистый слой, примыкающий к клеточной стенке. Это защитный орган, который появляется у некоторых бактерий при попадании их в организм человека или животных. Капсула предохраняет м/о от защитных факторов организма (препятствуют захвату бактерий фагоцитами).

Спора - форма грамположительных бактерий, образующаяся при неблагоприятных условиях существования клетки (высушивание, дефицит питательных веществ, изменение температуры и др). Образование спор способствует сохранению вида и не имеет отношения к размножению бактерий.

Спорообразующие аэробные бактерии называются бациллами, а анаэробные - клостридиями.

Споры отличаются по форме, размерам и расположению в клетке. Они могут располагаться:

Жгутики обеспечивают подвижность микроба, их имеют только палочковидные бактерии, они берут начало от цитоплазматической мембраны.

По числу жгутиков различают:

Монотрих (один у холерного вибриона);

Перитрих (до сотен у кишечной палочки)

Амфитрихи - по одному или нескольку жгутиков на противоположных концах микробной клетки (спириллы)

Лофотрихи - имеют пучок жгутиков на одном из концов клетки.

Ворсинки, или пили, - нитевидные образования, более короткие, чем жгутики. Они отходят от поверхности бактерии, состоят из белка пилина и ответственны за прилипание микроба к поражаемой клетке. Среди пилей выделяют половые пили, присущие "мужским" клеткам-донорам, содержащим трансмиссивные плазмиды (F, R, Col). Бактериальная клетка состоит из клеточной стенки, цитоплазматической мембраны, цитоплазмы с включениями и так называемым нуклеоидом. Имеются дополнительные структуры: капсула, микрокапсула, жгутики, пили. Некоторые бактерии в неблагоприятных условиях способны образовывать споры.

Рис. 4. Строение бактериальной клетки (схема). Сapsule - капсула; Сell wall - клеточная стенка; Cytoplasmic membrane - цитоплазматическая мембрана; Mesosome - мезосома; Flagellum - жгутик; Pili - пили; Cytoplasma - цитоплазма; Nucleoid - нуклеоид; Ribosomes - рибосомы; Granular inclusion - включения.

Рис. 5. Определите форменные элементы бактериальной клетки.

Грамположительные бактерии имеют толстую (многослойную) клеточную стенку.

Окрашиваются по Граму в фиолетовый цвет.

Грамотрицательные бактерии имеют тонкую клеточную стенку, прикрытую снаружи тройным липидсодержащим слоем (внешняя мембрана).Окрашиваются по Граму в красный цвет.

Рис. 6. Строение клеточной стенки грамположительных (А) и грамотрицательных (Б) бактерий (схема).

У грамположительных бактерий (А) основной слой - пептидогликан - многослойный и пронизан тейхоевыми кислотами (толстая клеточная стенка); у грамотрицательных бактерий (Б) тонкий пептидогликан и над ним расположена внешняя мембрана, содержащая липиды (тонкая клеточная стенка).

Тинкториальные свойства - восприимчивость микроорганизмов к различным красителям.формы - бактерии, полностью лишенные клеточной стенки и способные размножаться.

Споры и спорообразование

Споры бактерий - своеобразная форма покоящихся бактерий, форма сохранения наследственной информации в неблагоприятных условиях внешней среды и не является способом размножения, как у грибов.

Процесс спорообразования: спорогенная зона - проспора - спора.

В благоприятных условиях споры прорастают за 4-5 часов. Образуют споры в течение 18-20 часов.

Рис. 7. Спора внутри бактериальной клетки (ЭМ).

Рис. 8. Споры сибиреязвенной палочки (светооптическая микроскопия, СМ).

Принято считать одноклеточных организмов, размер которых не превышает 0,1 мм. Представители этой многочисленной группы могут иметь различную клеточную организацию, морфологические признаки и возможности метаболизма, то есть главным признаком, объединяющим их, является размер. Сам термин «микроорганизм» не наделен таксономическим смыслом. Микробы принадлежат к самым разным таксономическим единицам, причем другие представители этих единиц могут быть многоклеточными и достигать больших размеров.

Общие подходы к классификации микроорганизмов

В результате постепенного накопления фактического материала о микробах возникла необходимость введения правил для их описания и систематизации.

Для классификации микроорганизмов характерно наличие следующих таксонов: домен, филум, класс, порядок, семейство, род, вид. В микробиологии ученые используют биномиальную систему характеристики объекта, то есть номенклатура включает названия рода и вида.

Для большинства микроорганизмов характерно крайне примитивное и универсальное строение, следовательно, их разбиение на таксоны невозможно осуществить только по морфологическим признакам. В качестве критериев привлекаются и функциональные особенности, и молекулярно-биологические данные, и схемы протекания биохимических процессов и т. д.

Особенности идентификации

Чтобы идентифицировать неизвестный микроорганизм проводят исследования по изучению следующих свойств:

1. Цитология клеток (прежде всего принадлежность к про- или эукариотическим организмам).
2. Морфология клеток и колоний (в конкретных условиях).
3. Культуральные характеристики (особенности роста на разных средах).
4. Комплекс физиологических свойств, на котором основана классификация микроорганизмов по типу дыхания (аэробные, анаэробные)
5. Биохимические признаки (наличие или отсутствие определенных метаболических путей).
6. Набор молекулярно-биологических свойств, включающий учет последовательности нуклеотидов, возможности гибридизации нуклеиновых кислот с материалом типовых штаммов.
7. Хемотаксономические показатели, подразумевающие учет химического состава различных соединений и структур.
8. Серологические характеристики (реакции «антиген - антитело»; особенно для патогенных микроорганизмов).
9. Наличие и характер чувствительности к специфическим фагам.

Систематика и классификация микроорганизмов, относящихся к прокариотам, осуществляется с помощью «Руководства Берджи по систематике бактерий». А идентификация осуществляется с использованием определителя Берджи.

Различные способы классификации микробов

Чтобы определить таксономическую принадлежность того или иного организма, применяют несколько методов классификации микроорганизмов.

При формальной нумерической классификации все признаки считаются одинаково значимыми. То есть учитывается наличие или отсутствие того или иного признака.

Морфофизиологическая классификация подразумевает изучение совокупности морфологических свойств и особенностей протекания метаболических процессов. В данном случае наделяется смыслом и значимость того или иного свойства у объекта. Помещение микроорганизма в ту или иную и присвоение имени зависят прежде всего от типа клеточной организации, морфологии клеток и колоний, а также характера роста.

Учет функциональных характеристик предусматривает возможность использования микроорганизмами различных питательных веществ. Также важна зависимость от определенных физико-химических факторов среды, а в частности пути получения энергии. Есть такие микробы, для идентификации которых необходимо проведение хемотаксономических исследований. Патогенные микроорганизмы нуждаются в серодиагностике. Для интерпретации результатов вышеуказанных тестов применяется определитель.

При молекулярно-генетической классификации анализируют строение молекул важнейших биополимеров.

Порядок идентификации микрорганизмов

В наше время идентификация конкретного микроскопического организма начинается с выделения его чистой культуры и проведения анализа нуклеотидной последовательности 16S рРНК. Таким образом, осуществляется определение места микроба на филогенетическом древе, а последующая конкретизация по роду и виду проводится с помощью традиционных микробиологических методов. Значение совпадений, равное 90 % позволяет определить родовую принадлежность, а 97 % - видовую.

Еще более четкая дифференцировка микроорганизмов по роду и виду возможна при использовании полифилетической (полифазной) таксономии, когда определение последовательностей нуклеотидов сочетается с использованием информации различных уровней, вплоть до экологического. То есть предварительно осуществляется поиск групп схожих штаммов с последующим определением филогенетических позиций этих групп, фиксацией различий между группами и их ближайшими соседями, сбором данных, позволяющих дифференцировать группы.

Основные группы эукариотических микроорганизмов: водоросли

Этот домен включает в себя три группы, где есть микроскопические организмы. Речь идет о водорослях, простейших и грибах.

Водоросли являются одноклеточными, колониальными или многоклеточными фототрофами, осуществляющими оксигенный фотосинтез. Разработка молекулярно-генетической классификации микроорганизмов, относящихся к этой группе, еще не закончена. Поэтому на данный момент на практике применяется классификация водорослей на основе учета состава пигментов и запасных веществ, строения клеточной стенки, наличия подвижности и способа размножения.

Типичными представителями этой группы являются одноклеточные организмы, принадлежащие к динофлагеллятным, диатомовым, эвгленовым и зеленым водорослям. Для всех водорослей характерно образование хлорофилла и различных форм каротиноидов, а вот способность к синтезу других форм хлорофиллов и фикобилинов у представителей группы проявляется по-разному.

Сочетание тех или иных пигментов обусловливает окрашивание клеток в различные цвета. Они могут быть зелеными, бурыми, красными, золотистыми. Пигментация клеток является видовой характеристикой.

Диатомовые водоросли являются одноклеточными планктонными формами, у которых имеет вид кремниевого двустворчатого панциря. Часть представителей способна к передвижению по типу скольжения. Размножение как бесполое, так и половое.

Местами обитания одноклеточных являются пресноводные водоемы. Передвигаются при помощи жгутиков. Клеточной стенки нет. Способны к росту в условиях темноты за счет процесса окисления органических веществ.

У динофлагеллят особое строение клеточной стенки, она состоит из целлюлозы. У этих планктонных одноклеточных водорослей имеются два боковых жгутика.

Для микроскопических представителей местами обитания являются пресные и морские водоемы, почва и поверхность разных наземных объектов. Есть неподвижные виды, а некоторые способны к передвижению с использованием жгутиков. Так же как у динофлагеллят, у зеленых микроводорослей есть целлюлозная клеточная стенка. Характерно запасание крахмала в клетках. Размножение осуществляется как бесполым, так и половым способом.

Эукариотические организмы: простейшие

Основные принципы классификации микроорганизмов, принадлежащих к простейшим, основаны на морфологических характеристиках, которые сильно различаются у представителей данной группы.

Они могут вести неподвижный образ жизни или передвигаться с помощью различных приспособлений: жгутиков, ресничек и ложноножек. Внутри таксономической группы простейших есть еще несколько групп.

Представители простейших

Амебы осуществляют питание путем эндоцитоза, передвигаются при помощи ложноножек, суть размножения заключается в примитивном надвое. Большая часть амеб - свободноживущие водные формы, однако есть и такие, которые вызывают болезни человека и животных.

В клетках инфузорий имеются два разных ядра, бесполое размножение заключается в поперечном делении. Есть представители, для которых характерно половое размножение. В движении принимает участие скоординированная система ресничек. Эндоцитоз осуществляется путем захвата пищи специальной ротовой полостью, а остатки выводятся через отверстие на заднем конце. В природе инфузории обитают в загрязненных органическими веществами водоемах, а также рубце жвачных животных.

Для жгутиконосцев характерно наличие жгутиков. Поглощение растворенных питательных веществ осуществляется всей поверхностью ЦПМ. Деление происходит только в продольном направлении. Среди жгутиконосцев есть как свободноживущие, так и симбиотические виды. Основные симбионты человека и животных - трипаносомы (вызывают сонную болезнь), лейшмании (вызывают труднозаживающие язвы), лямблии (приводят к кишечным расстройствам).

У споровиков из всех простейших самый сложный жизненный цикл. Самый известный представитель споровиков - малярийный плазмодий.

Эукариотические микроорганизмы: грибы

Классификация микроорганизмов по относит представителей этой группы к гетеротрофам. Для большинства характерно образование мицелия. Дыхание, как правило, аэробное. Но встречаются и факультативные анаэробы, которые могут переключиться на спиртовое брожение. Способы размножения - вегетативное, бесполое и половое. Именно этот признак служит критерием для дальнейшей

Если говорить о значении представителей этой группы, то наибольший интерес здесь представляет сборная нетаксономическая группа дрожжей. Туда входят грибы, у которых отсутствует мицелиальная стадия роста. Среди дрожжей много факультативных анаэробов. Однако встречаются и патогенные виды.

Основные группы микроорганизмов-прокариотов: археи

Морфология и классификация микроорганизмов-прокариотов объединяет их в два домена: бактерии и археи, представители которых имеют много существенных отличий. У архей нет типичных для бактерий пептидогликановых (муреиновых) клеточных стенок. Для них характерно наличие другого гетерополисахарида - псевдомуреина, в котором нет N-ацетилмурамовой кислоты.

Археи делятся на три филума.

Особенности строения бактерий

Принципы классификации микроорганизмов, объединяющие микробов в данный домен, основаны на особенностях строения клеточной оболочки, а в частности содержании в ней пептидогликана. На данный момент в домене насчитывается 23 филума.

Бактерии - это важное звено круговорота веществ в природе. Суть их значения в этом глобальном процессе состоит в разложении растительных и животных остатков, очищении загрязненных органикой водоемов, модифицировании неорганических соединений. Без них существование жизни на Земле стало бы невозможным. Эти микроорганизмы живут везде, их метом обитания могут быть почва, вода, воздух, организм человека, животных и растений.

По форме клеток, наличию приспособлений для движения, сочленению клеток между собой этого домена осуществляется внутри последующая классификация микроорганизмов. Микробиология рассматривает следующие типы бактерий исходя из формы клеток: округлые, палочковидные, нитчатые, извитые, спиралевидные. По типу движения бактерии могут быть неподвижными, жгутиковыми или передвигаться за счет выделения слизи. Исходя из способа сочленения клеток друг с другом, бактерии могут быть изолированными, сцепленными в виде пар, гранул, также встречаются ветвящиеся формы.

Патогенные микроорганизмы: классификация

Патогенных микроорганизмов много среди палочковидных бактерий (возбудители дифтерии, туберкулеза, брюшного тифа, сибирской язвы); простейших (малярийный плазмодий, токсоплазма, лейшмания, лямблия, трихомонада, некоторые патогенные амебы), актиномицетов, микобактерий (возбудители туберкулеза, проказы), плесневых и дрожжеподобных грибов (возбудители микозов, кандидоза). Грибы способны вызвать всевозможные поражения кожи, например разные виды лишая (за исключением опоясывающего, в появлении которого участвует вирус). Некоторые дрожжи являясь постоянными обитателями кожи, в условиях нормальной работы иммунной системы не оказывают пагубного влияния. Однако если активность иммунитета снижается, то они вызывают появление себорейного дерматита.

Группы патогенности

Эпидемиологическая опасность микроорганизмов является критерием для объединения всех болезнетворных микробов в четыре группы, соответствующие четырем категориям риска. Таким образом, группы патогенности микроорганизмов, классификация которых приведена ниже, представляют наибольший интерес для микробиологов, так как напрямую влияют на жизнь и здоровье населения.

Наиболее безопасная, 4-я группа патогенности, включает микробов, не представляющих угрозы здоровью отдельного человека (или риск этой угрозы ничтожно мал). То есть опасность заражения очень мала.

3-я группа характеризуются умеренным риском заражения для отдельного индивида, низким риском для общества в целом. Такие патогены теоретически могут вызвать заболевание, и даже если это произойдет, то имеются проверенные эффективные методы лечения, а также комплекс профилактических мер, способных предотвратить распространение инфекции.

Во 2-ю группу патогенности входят микроорганизмы, представляющие высокие показатели риска для индивидуума, но низкие для общества в целом. В этом случае патоген может вызывать тяжелое заболевание у человека, однако распространения его от одного инфицированного к другому не происходит. Эффективные методы лечения и профилактики имеются.

1-я группа патогенности характеризуется высоким риском как для индивидуума, так и для общества в целом. Патоген, вызывающий тяжелое заболевание у человека или животного, может легко передаваться различными способами. Эффективные методы лечения и профилактические меры обычно отсутствуют.

Патогенные микроорганизмы, классификация которых определяет их принадлежность к той или иной группе патогенности, приносят большой урон здоровью общества, только если относятся к 1-й или 2-й группе.