Морфология бактериальной клетки. Строение бактериальной клетки

Обязательными органоидами являются: ядерный аппарат, цитоплазма, цитоплазматическая мембрана.
Необязательными (второстепенными) структурными элементами являются: клеточная стенка, капсула, споры, пили, жгутики.
1.В центре бактериальной клетки находится нуклеоид- ядерное образование, представленное чаще всего одной хромосомой кольцевидной формы. Состоит из двухцепочечной нити ДНК. Нуклеоид не отделен от цитоплазмы ядерной мембраной.
2.Цитоплазма- сложная коллоидная система, содержащая различные включения метаболического происхождения (зерна волютина, гликогена, гранулезы и др.), рибосомы и другие элементы белоксинтезирующей системы, плазмиды (вненуклеоидное ДНК), мезосомы (образуются в результате инвагинации цитоплазматической мембраны в цитоплазму, участвуют в энергетическом обмене, спорообразовании, формировании межклеточной перегородки при делении).
3.Цитоплазматическая мембрана ограничивает с наружной стороны цитоплазму, имеет трехслойное строение и выполняет ряд важнейших функций- барьерную (создает и поддерживает осмотическое давление), энергетическую (содержит многие ферментные системы- дыхательные, окислительно- восстановительные, осуществляет перенос электронов), транспортную (перенос различных веществ в клетку и из клетки).
4.Клеточная стенка- присуща большинству бактерий (кроме микоплазм, ахолеплазм и некоторых других не имеющих истинной клеточной стенки микроорганизмов). Она обладает рядом функций, прежде всего обеспечивает механическую защиту и постоянную форму клеток, с ее наличием в значительной степени связаны антигенные свойства бактерий. В составе - два основных слоя, из которых наружный- более пластичный, внутренний- ригидный.
Основное химическое соединение клеточной стенки, которое специфично только для бактерий- пептидогликан (муреиновые кислоты). От структуры и химического состава клеточной стенки бактерий зависит важный для систематики признак бактерий- отношение к окраске по Граму. В соответствии с ним выделяют две большие группы- грамположительные (“грам+”) и грамотрицательные (“грам - “) бактерии. Стенка грамположительных бактерий после окраски по Граму сохраняет комплекс йода с генциановым фиолетовым (окрашены в сине- фиолетовый цвет), грамотрицательные бактерии теряют этот комплекс и соответствующий цвет после обработки и окрашены в розовый цвет за счет докрашивания фуксином.
Особенности клеточной стенки грамположительных бактерий.
Мощная, толстая, несложно организованная клеточная стенка, в составе которой преобладают пептидогликан и тейхоевые кислоты, нет липополисахаридов (ЛПС), часто нет диаминопимелиновой кислоты.
Особенности клеточной стенки грамотрицательных бактерий.
Клеточная стенка значительно тоньше, чем у грамположительных бактерий, содержит ЛПС, липопротеины, фосфолипиды, диаминопимелиновую кислоту. Устроена более сложно- имеется внешняя мембрана, поэтому клеточная стенка трехслойная.
При обработке грамположительных бактерий ферментами, разрушающими пептидогликан, возникают полностью лишенные клеточной стенки структуры- протопласты. Обработка грамотрицательных бактерий лизоцимом разрушает только слой пептидогликана, не разрушая полностью внешней мембраны; такие структуры называют сферопластами. Протопласты и сферопласты имеют сферическую форму (это свойство связано с осмотическим давлением и характерно для всех безклеточных форм бактерий).
L- формы бактерий.
Под действием ряда факторов, неблагоприятно действующих на бактериальную клетку (антибиотики, ферменты, антитела и др.), происходит L- трансформация бактерий, приводящая к постоянной или временной утрате клеточной стенки. L- трансформация является не только формой изменчивости, но и приспособления бактерий к неблагоприятным условиям существования. В результате изменения антигенных свойств (утрата О- и К- антигенов), снижения вирулентности и других факторов L- формы приобретают способность длительно находиться (персистировать) в организме хозяина, поддерживая вяло текущий инфекционный процесс. Утрата клеточной стенки делает L- формы нечувствительными к антибиотикам, антителам и различным химиопрепаратам, точкой приложения которых является бактериальная клеточная стенка. Нестабильные L- формы способны реверсировать в классические (исходные) формы бактерий, имеющие клеточную стенку. Имеются также стабильные L- формы бактерий, отсутствие клеточной стенки и неспособность реверстровать которых в классические формы бактерий закреплены генетически. Они по ряду признаков очень напоминают микоплазмы и другие молликуты- бактерии, у которых клеточная стенка отсутствует как таксономический признак. Микроорганизмы, относящиеся к микоплазмам- самые мелкие прокариоты, не имеют клеточной стенки и как все бактериальные бесстеночные структуры имеют сферическую форму.
К поверхностным структурам бактерий (необязательным, как и клеточная стенка), относятся капсула, жгутики, микроворсинки.
Капсула или слизистый слой окружает оболочку ряда бактерий. Выделяют микрокапсулу, выявляемую при электронной микроскопии в виде слоя микрофибрилл, и макрокапсулу, обнаруживаемую при световой микроскопии. Капсула является защитной структурой (прежде всего от высыхания), у ряда микробов- фактором патогенности, препятствует фагоцитозу, ингибирует первые этапы защитных реакций- распознавание и поглощение. У сапрофитов капсулы образуются во внешней среде, у патогенов- чаще в организме хозяина. Существут ряд методов окраски капсул в зависимости от их химического состава. Капсула чаще состоит из полисахаридов (наиболее распространенная окраска- по Гинсу), реже- из полипептидов.
Жгутики. Подвижные бактерии могут быть скользящие (передвигаются по твердой поверхности в результате волнообразных сокращений) или плавающие, передвигающиеся за счет нитевидных спирально изогнутых белковых (флагеллиновых по химическому составу) образований- жгутиков.
По расположению и количеству жгутиков выделяют ряд форм бактерий.
1.Монотрихи- имеют один полярный жгутик.
2.Лофотрихи- имеют полярно расположенный пучок жгутиков.
3.Амфитрихи- имеют жгутики по диаметрально противоположным полюсам.
4.Перитрихи- имеют жгутики по всему периметру бактериальной клетки.
Способность к целенаправленному движению (хемотаксис, аэротаксис, фототаксис) у бактерий генетически детерминирована.
Фимбрии или реснички - короткие нити, в большом количестве окружающую бактериальную клетку, с помощью которых бактерии прокрепляются к субстратам (например, к поверхности слизистых оболочек). Таким образом, фимбрии являются факторами адгезии и колонизации.
F- пили (фактор фертильности) - аппарат конъюгации бактерий, встречаются в небольшом количестве в виде тонких белковых ворсинок.
Эндоспоры и спорообразование.
Спорообразование- способ сохранения определенных видов бактерий в неблагоприятных условиях среды. Эндоспоры образуются в цитоплазме, представляют собой клетки с низкой метаболической активностью и высокой устойчивостью (резистентностью) к высушиванию, действию химических факторов, высокой температуры и других неблагоплиятных факторов окружающей среды. При световой микроскопии часто используют метод выявления спор по Ожешко. Высокая резистентность связана с большим содержанием кальциевой соли дипиколиновой кислоты в оболочке спор. Расположение и размеры спор у различных микроорганизмов отличается, что имеет дифференциально- диагностическое (таксономическое) значение. Основные фазы “жизненного цикла” спор- споруляция (включает подготовительную стадию, стадию предспоры, образования оболочки, созревания и покоя) и прорастание, заканчивающееся образованием вегетативной формы. Процесс спорообразования генетически обусловлен.
Некультивируемые формы бактерий.
У многих видов грамотрицательных бактерий, не образующих спор, существует особое приспособительное состояние- некультивируемые формы. Они обладают низкой метаболической активностью и активно не размножаются, т.е. не образуют колоний на плотных питательных средах, при посевах не выявляются. Обладают высокой устойчивостью и могут сохранять жизнеспособность в течение нескольких лет. Не выявляются классическими бактериологическими методами, обнаруживаются только при помощи генетических методов (полимеразной цепной реакции- ПЦР).

Страница 4 из 91

Несмотря на микроскопические размеры и внешнюю простоту устройства бактерии по своему строению представляют собой сложные организмы. Их тонкую структуру удалось установить с помощью электронной микроскопии и микрохимическими исследованиями (рис. 4).
По современным представлениям тело бактерий построено по типу растительных клеток и состоит из оболочки, внутреннего содержимого (цитоплазмы) и ядра.
Оболочка бактерий тонка и бесцветна. Она обусловливает сохранение бактериями относительного постоянства форм и поверхностные свойства бактериальной клетки - поверхностное натяжение, электрический заряд, осмотическое состояние.
В оболочке имеются три слоя: 1) внутренний - цитоплазматическая мембрана, 2) средний - клеточная стенка и 3) наружный - слизистый. Они защищают клетку от вредных факторов окружающей среды.
Цитоплазматическая мембрана находится под клеточной стенкой и составляет наружный слой цитоплазмы. Ее толщина - 50-75 А. На ее поверхности находятся различные ферменты. Одни из них принимают участие в синтезе белков, другие - в процессе дыхания.
Клеточная стенка имеет величину 100-200А. Она довольно плотная, придает бактериям определенную форму и обладает избирательной способностью к веществам окружающей среды и продуктам обмена самой клетки. Клеточная стенка некоторых грамотрицательных бактерий характеризуется многослойным строением и состоит из макромолекул углеводов, липоидов и белков. Такая же многослойная структура присуща и грамположительным бактериям, у которых глубокий слой, граничащий с цитоплазматической мембраной, состоит из белков, а более поверхностно расположен рибонуклеат магния.
Наличие клеточной стенки у бактерий можно доказать при явлениях плазмолиза или плазмоптиз а. Сущность плазмолиза заключается в следующем.

Рис. 4. Схематическое изображение строения бактерийной клетки.
Если бактерии поместить в гипертонический раствор сахара или поваренной соли, то цитоплазма обезвоживается, сморщивается и вместе с цитоплазматической мембраной отходит от клеточной стенки, которая становится отчетливо заметной как в окрашенных, так и неокрашенных препаратах. При обратном отношении концентрации, т. е. когда бактерии находятся в гипотонических растворах или дистиллированной воде, клетки разбухают до крайних пределов, разрываются и клеточная стенка отчетливо выявляется в окрашенном или неокрашенном состоянии (плазмоптиз).
Капсула. Клеточная стенка снаружи покрыта слоем слизи. У некоторых бактерий этот слизистый слой может достигать значительной толщины и тогда вокруг клетки образуется подобие футляра - капсула. Поперечник капсулы иногда во много раз превышает размеры самого микробного тела. Капсулы хорошо видны при специальном методе окраски по Гинсу, на темном фойе препарата выделяется окрашенный микроб, окруженный ободком бесцветной слизи (см. рис. 19). Патогенные бактерии (пневмококк, бациллы сибирской язвы и др.) образуют капсулу только в организме больного человека или животного. Для некоторых микроорганизмов (группа капсульных бактерий - бактерии пневмонии, озены и риносклеромы) наличие капсулы является их постоянным признаком, т. е. они образуют капсулу как в организме, так и вне его. Капсулы для патогенных бактерий являются полезным образованием, защищающим их от вредного воздействия макроорганизма (фагоцитоза, действия антител). Это можно видеть на примере пневмококков и сибиреязвенных бацилл, которые в организме образуют капсулу, а попадая во внешнюю среду, утрачивают ее.
Химический состав капсул неоднороден. У одних бактерий слизистый слой состоит из высокомолекулярных полисахаридов и глюкопротеидов (например, у пневмококка), у других из протеинов (у бацилл сибирской язвы).
Цитоплазма микробов представляет собой смесь коллоидов, имеет жидкую консистенцию. В ее состав входит вода, белки, углеводы, липиды, нуклеиновые кислоты и другие вещества. При электронной микроскопии в цитоплазме обнаруживают мелкие зерна (гранулы) 100-200 А в диаметре, содержащие дегидразы, различные цитохромы, рибонуклеиновую кислоту. Гранулы, богатые РНК, называются рибосомами, в них происходит синтез белков и ферментов. Гранулярные структуры обладают биохимической активностью. Нередко в цитоплазме содержатся разнообразные включения - сера, капли жира (липопротеидные тельца), гранулеза, гликоген, зерна пигмента. Из белковых веществ встречаются зерна волютина, которые представляют собой нуклеопротеид и содержат значительное количество метафосфатов и других соединений фосфора. Особенно хорошо развиты эти зерна у Spirillum volutans и поэтому они получили название волютиновые. Зерна волютина отличаются метахромозией, т. е. окрашиваются темнее цитоплазмы или избирательно принимают иную окраску, чем цитоплазма. Отсюда еще одно их название - метахроматические зерна. Наличие зерен волютина является одним из диагностических признаков при определении микроорганизмов (например, у дифтерийной палочки). Липопротеидные тельца и гранулы волютина используются бактериями при недостатке питательных веществ в среде. У некоторых микробов (кишечная палочка, микобактерии, сальмонеллы и др.) встречаются округлые или эллипсоидные зерна различной величины и содержащие фосфолипиды (м итохондрии). Митохондрии обладают системой окислительно-восстановительных ферментов и принимают участие в дыхательных процессах и анаэробном бродилыюм распаде веществ. В цитоплазме встречаются также вакуоли (6-10 и более), состоящие из различных растворенных в воде веществ. Вакуоли окружены мембраной - тонопластом. Роль вакуолей в жизнедеятельности бактерий не выяснена. На периферии цитоплазмы обнаруживаются тельца - мезосомы, играющие большую роль в образовании клеточной стенки и делении.
У некоторых бактерий удается воздействием пенициллина, лизоцима или бактериофага отделить цитоплазму от клеточной стенки. Бактерии, лишенные клеточной стенки, называются протопластами. Они представляют собой сферической формы тела, которые при соответствующих осмотических условиях обладают способностью к росту, дыханию, синтезу ферментов, протеинов, нуклеиновых кислот, спорообразованию. В отличие от бактерий протопласты не размножаются, весьма чувствительны к изменениям осмотического давления, механическим воздействиям и аэрации, действию антибактериальных веществ.
При частичной потере клеточной стенки наблюдается образование сферой ластов. В отличие от протопластов сферопласты сохраняют способность адсорбировать на себе бактериофаги.
Ядро. У бактерий (нуклеоид) ядро является важнейшим органоидом клетки, принимающим участие в жизнедеятельности, делении и спорообразовании. Компактное ядро встречается у крупных микроорганизмов (дрожжевых и дрожжеподобных грибах) и хорошо видно в обычном оптическом микроскопе при специальных методах окраски. У бактерий ядро мелкое и становится видимым только в электронном микроскопе. С помощью электронного микроскопа было доказано не только наличие у бактерий ядра в виде плотного хроматинового тяжа, но и выявлены изменения его формы, размеров и степени компактности. Доказано также, что более зрелым и старым клеточным формам свойственны более компактные ядра. Наличие хроматиновой субстанции у бактерий доказано и с помощью микрохимической нуклеальной реакции на тимонуклепновую кислоту, являющуюся обязательной частью хроматина.
Ядерная структура микробной клетки состоит из дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) и выполняет основные функции ядра - самоудвоение, контролирование синтеза специфических белков, передача наследственных признаков потомству.
Споры. Для многих бактерий характерно образование спор. В отличие от вегетативных форм, которые представляют собой активную стадию бактериальной клетки, когда энергично проявляются все физиологические функции, споры - это покоящаяся форма микроорганизма. Спорообразование происходит обычно тогда, когда во внешней среде для бактерий создаются неблагоприятные условия: накопление вредных продуктов обмена, соответствующая температура, действие солнечных лучей, старение культуры микроорганизма на питательной среде и т. п. В организме человека и животных спорообразование не наблюдается.
То обстоятельство, что спорообразование наступает при условиях, неблагоприятных для жизнедеятельности бацилл, свидетельствует о том, что спора является приспособлением, служащим не для размножения клеток, а для сохранения вида. Это подтверждается еще и тем, что одна бактериальная клетка способна образовывать только одну спору.
Споры у различных бацилл отличаются друг от друга по форме, размеру и расположению в клетке. Например, спора у столбнячной палочки круглая, расположена на конце (терминально) и диаметр ее больше диаметра тела бацилл (см. рис. 17), а споры возбудителя сибирской язвы располагаются центрально, имеют овальную форму и диаметр их не превышает поперечника микробной клетки (см. рис. 97). Субтерминальное (ближе к одному концу) расположение споры характерно для возбудителей газовой гангрены, ботулизма.
Процесс спорообразования происходит у бактерий в относительно короткий срок (примерно в течение 24 часов). Сущность процесса заключается в том, что содержимое микробной клетки постепенно уплотняется и, концентрируясь в одном месте, покрывается плотной оболочкой. Постепенно вегетативная часть бактериальной клетки отмирает. Оболочка споры состоит из двух слоев: наружного и внутреннего. Наружный слой трудно проницаем для воды и различных веществ, из внутреннего при прорастании споры образуется клеточная оболочка бактерий. Попав в условия, благоприятные для развития (наличие необходимой питательной среды, влажности, температуры), споры быстро прорастают, превращаются в вегетативные формы. При этом оболочка споры сначала разбухает, а потом растворяется или разрывается, благодаря действию ферментов и из нее выходит бактерийный проросток, одетый в тонкую оболочку и превращающийся затем в вегетативную клетку.
Процесс прорастания спор занимает обычно 4-5 часов. Малая проницаемость оболочки спор является причиной того, что при обычных методах окраски они остаются бесцветными. Чтобы их окрасить, нужно применить энергичные воздействия, приводящие к разрыхлению оболочки. Химический состав споры характеризуется малым количеством свободной воды и большим содержанием липоидов, что в значительной степени обусловливает устойчивость спор к воздействию ряда неблагоприятных физических и химических факторов. Например, температура 100° не убивает споры; для их уничтожения необходимо воздействие более высоких температур. Низкие температуры и высушивание споры выдерживают в течение многих лет. Спорообразование характерно для бацилл, среди кокковых форм оно встречается редко (у мочевой сарципы, энтерококка).
Жгутики. Все бактерии подразделяются на подвижные и неподвижные. Среди подвижных встречаются ползающие и плавающие. Ползающие бактерии медленно передвигаются (ползут) по опорной поверхности в результате волнообразных сокращений их тела (например, Myxobacterium). Плавающие бактерии свободно передвигаются в жидкой среде при помощи жгутиков. Жгутики - это тончайшие, эластические извитые нити, начинающиеся от базальных гранул в цитоплазме и выходящие наружу через оболочку. Их диаметр измеряется сотыми долями микрона (0,02-0,05 мк), а длина их иногда во много раз превышает размеры тела самого микроба. Жгутики - хрупкие образования и быстро отрываются от клеток при встряхивании, других механических воздействиях и обработке различными химическими веществами. Число и расположение жгутиков у различных микроорганизмов неодинаковы. В этом отношении подвижные бактерии разделяются на несколько типов (рис. 5).

1. Монотрихи - бактерии с одним жгутиком на конце (например, холерный вибрион).

Рис. 5. Жгутики у бактерий.

1. Лофотрихи - бактерии с пучком жгутиков на одном из полюсов клетки (например, Bact. faecalis alcaligenes).
2. Перитрихи - бактерии со жгутиками, расположенными вокруг всего тела микроба (например, бактерии тифо-паратифозной группы).

Жгутики настолько тонки, что их не удается видеть при обычной микроскопии препаратов с живыми или убитыми микробами. Обнаружить жгутики можно следующим образом:
а) при микроскопировании в затемненном поле зрения со специальным конденсором, создающим сильное боковое освещение, в приготовленной «висячей» или «раздавленной» капле (см. стр. 53).
б) в препарате с подвижными бактериями после специальной обработки протравой, например раствором танина. Этим достигается набухание жгутиков и увеличение их размера (диаметра). После окраски соответствующим красителем такого препарата жгутики становятся видимы при обычном микроскопировании.

Рис. 6. Жгутики под электронным микроскопом.

Рис. 7. Бахромки (реснички) под электронным микроскопом.

При электронной микроскопии (рис. 6) можно не только хорошо увидеть жгутики, но и ознакомиться с деталями их строения. Они имеют спиралевидную форму и винтообразное строение. Осевая нить жгутиков состоит из двух перевитых нитей, покрытых чехлом. В состав жгутиков входит особый белок - флагеллин, сокращением которого определяется интенсивность и характер движения бактерий. Наиболее быстрые и прямолинейные движения совершают монотрихи и лофотрихи. Например, холерный вибрион передвигается со скоростью 30 мк в секунду, что превосходит его размер в 30 раз. Перитрихам присущи менее энергичные и более беспорядочные движения. Характер движения бактерий зависит также от возраста и свойств культуры (молодые клетки двигаются более энергично), температуры (оптимальная температура способствует движению), наличия химических веществ и других факторов. При неблагоприятных условиях существования бактерии могут лишиться жгутиков, сохраняясь в таком состоянии в ряде последующих поколений. Поверхность тела у ряда бактерий покрыта многочисленными бахромками - ресничками, ворсинками (рис. 7). Роль бахромок в жизнедеятельности бактерий пока не выяснена. Полагают, что бахромками микробы прикрепляются к поверхности определенных субстратов и возможно принимают участие в питании бактериальной клетки.

СПИРОХЕТЫ

К группе спирохет относятся микроорганизмы, имеющие извитую форму и по своим биологическим свойствам занимающие промежуточное положение между бактериями и простейшими. Тело спирохет состоит из цитоплазмы, которая в виде спирали расположена вокруг центральной осевой нити, образуя первичные завитки. Изгибы осевой нити образуют вторичные завитки, число которых и форма характерны для различных видов спирохет. Они не имеют клеточной оболочки и компактного, оформленного ядра. Некоторые спирохеты имеют длинные тонкие жгуты, располагающиеся пучками по концам тела и видимые в электронном микроскопе. Спирохеты подвижны, что обусловливается сократимостью их цитоплазмы и эластичностью осевой нити. Различают вращательные, сгибательные и поступательные движения. Размножаются спирохеты путем простого поперечного деления, трудно культивируются на питательных средах. К патогенным спирохетам относятся возбудитель сифилиса - бледная спирохета, спирохета возвратного тифа (рис. 8 на вклейке) и лептоспиры, вызывающие у человека желтушный и безжелтушный лептоспирозы.

Рис. 8. Спирохеты возвратного тифа в крови.

РИККЕТСИИ

1. Тип а, или кокковидные риккетсии, в виде очень мелких овоидов или эллипсоидов («коккобациллы») диаметром около 0,5 мк, часто образующие диплоформы или цепочки.
2. Тип в, или палочковидные риккетсии, в виде нежных коротких палочек диаметром от 1 до 1,5 мк.
3. Тип с, или бациллярные (длинные палочковидные) риккетсии, в виде удлиненных и обычно изогнутых тонких палочек размером 3-4 мк.
4. Тип d, или нитевидные риккетсии, в виде длинных нередко гигантских причудливо изогнутых нитей, напоминающих крупные спириллы размером 10- 20-40 мк и больше.

Патогенные риккетсии вызывают заболевания у человека и животных, типичным представителем риккетсий является Rickettsia provaceki - возбудитель сыпного тифа.

Ряд инфекционных болезней человека, животных и растений, вызывается такими микробами, размеры которых исчисляются в миллимикронах. К вирусным заболеваниям относятся: оспа, бешенство, полиомиелит, грипп, корь и др. В настоящее время насчитывается более 500 вирусов, поражающих человека и животных.
Строение вирусов доступно изучению лишь при больших увеличениях электронного микроскопа. Форма их бывает круглой, палочковидной, кубоидалыюй и нитевидной. Размеры вирусов колеблются от 10 до 350 ммк. Наиболее крупные вирусы называются элементарными тельцами. Если их величина больше 0,2 мк, то они видимы в обычном, оптическом микроскопе с помощью иммерсионной системы. Элементарные тельца при оспе (размер их около 0,2 мк) могут быть обнаружены в оптическом микроскопе только при специальном методе обработки (метод Морозова).
По данным электронномикроскопических исследований, центральная часть вируса представляет собой нуклеиновую кислоту - нуклеоид, образование, напоминающее ядро, заключенное в оболочку - капсиду, состоящую из отдельных белковых субъединений - к а п с ом е р о в. Более сложно устроенные вирусы, кроме капсиды, имеют внешнюю оболочку, в состав которой входят углеводы, липиды. При некоторых вирусных инфекциях в клетках пораженных тканей обнаруживаются особые включения, строение которых и расположение всегда характерны для определенного вируса. Так, при бешенстве в цитоплазме нервных клеток головного мозга обнаруживаются включения в виде телец Бабеша - Негри, в цитоплазме клеток эпителия при оспе - тельца Гварниери и т. д. Величина внутриклеточных включений колеблется от 0,25 до 20-30 мк, форма их круглая и овальная, грушевидная, веретенообразная или серповидная. Располагаются они в цитоплазме или ядрах клеток, а иногда и в цитоплазме и ядре. Природа внутриклеточных включений точно не выяснена. Полагают, что они являются реактивными образованиями клеток, в которых скопляются вирусные частицы (колонии вирусов). Для обнаружения внутриклеточных образований, что имеет большое диагностическое значение, готовят мазки или срезы из ткани и окрашивают их специальными методами (по Морозову, по Туревичу, или по Муромцеву).

Ультраструктура бактериальной клетки

Бактериальная клетка имеет постоянные структуры - клеточная стенка, цитоплазматическая мембрана, цитоплазма, рибосомы, нуклеоид. Непостоянные - жгутики, ворсинки, капсула, включения, споры.

Постоянные структуры.

Клеточная стенка: Функции - защитная, формообразующая, участвует в делении, транспортная, рецепторная, определяет антигенные свойства бактерии, определяет тинкториальные свойства бактерии (диффузии краски). Нарушение синтеза клеточной стенки приводит либо к гибели бактерии, либо к образованию сферобластов, протобластов (теряют способноть к размножению) или L-формы (сохранили функцию размножения). Утрата связана с антибиотиками, влияние лизоцина. Утрата будет сопровождаться () процесса и антибиотиками не лечится.

Главный элемент к.С Муреин - полимер, связываются фрагменты связываются уникальными аминокислотами (есть только у прокариот), муреин является мишенью для антибиотиков именно избирательность антибиотиков связана с муреином. КлС Г(-) тонкая, в ней выделяют ригидный слой образованный пептидогликаном (20%) и пластичный слой его толщина значительна и в нем много липополисахарида (80%), который имеет базисную часть это молекула полисахарида, липид-А (отвечает за токсичность, пирогенность), О-специфические боковые фрагменты (состоят из полисахаридов, определяют антигенные свойства). Г(+) стенка толще состоит из многослойного пептидогликана 90%, тейхоевые кислоты. Тк пронизывают клеточную стенку и связываются с ПГ за счет них определяются антигенные свойства, липополисахаридов почти нет. Белки порины пронизывают КС бактерии, но размеры разные у Г(-) больше, у Г(+) меньше.

Цитоплазматическая мембрана: функция: избирательная проницаемость, осмотический барьер, участие метаболизме, энергетический обмен (в составе много ферментов - цитохромы, оксидазы, дегидрогиназы, атефазы), репликация, участие в спорообразовании, выделительная.

Цитоплазма коллоидная система состоит из воды включений органелл, место где идет метаболизм.

Нуклеоид замкнутая ДНК (бактериальная хромосома) имеет гаплоидный набор. Методы выявления нуклеоида: специальная микрохимическая реакция по Фельгину, обнаружение в электронный микроскоп. Функции: хранение генетической информации, определение жизнеспособности клетки.

Непостоянные структуры.

Капсула: по химическому составу полисахаридное в-во, слизистый слой, белки, липиды. Может быть большой (больше чем клетка), маленькой можно обнаружить. Функции: защитная (от фагоцитоза макрофагами), дополнительный фактор патагенности, защищает от действия антилел, антибиотиков, придает адгезивные свойства. Продукция капсулы исключительно в живом организме, а не Вов внешней среде, на искусственной питательной среде (обогощенной полисахаридами) небольшая часть микробов может продуцировать капсулу (пневмококки, клепсиелы, возбудитель сибирской язвы).

Споры: является защитной реакцией присущей некоторым микроорганизмам, при попадании в неблагоприятные условия (внешняя среда - отсутствие воды, питательных веществ, старение культуры, неблагоприятная температура), обычно палочковидные (в зависимости от этого они делятся на бациллы, кластридии (Сп +) и остальные бактерии). Спорообразование у прокариот является формой сохранения генетического материала клетки при неблагоприятных условиях, а не метод размножения (из одной клетки 1 спора). Обязательное условия для спорообразования необходимо присутствие кислорода. Во внешней среде могут жить десятки лет. После прорастания (4-5 часов) вегетативная форма (способная к делению, метаболизму). Разрушаются оболочки споры, образуется ростовая трубочка, синтез клеточной стенки.

Процесс спорообразования:

1. образование спороносной зоны в которой находится нуклеоид,

2. образование проспоры при этом спорогенная зона отделяется,

3. образование кортекса - оболочки споры,

4. отмирание вегетативной части клетки и освобождение споры.

По локализации: спора может занимать центральное положение, субтерминальное, терминальное.

По величине: меньше чем диаметр палочки (бациллы), больше диаметра палочки (клостридии)

Свойство споры:

Устойчивость. Термо- связано с химическим составом: мало воды 5-10%, много солей кальция, есть дипиолиновая кислота, поэтому выдерживает пастеризацию, кипячение. Что бы убить спору нужна T=180-200 0 , 20 мин, т=120 0 + 1,5 атм.

Спорообразование присуще:

Бацилле антрацид - сибирская язва

Кластридии - гангрена, столбняк

Возбудителям ботулизма

Жгутики: органы движения. Поверхностные структуры в виже ниточек, обнаруживаются только в электронный микроскоп в составе сократительный белок флагелин, прикрепляются к цитоплазматической мембране. По количеству и расположению все делятся на: монотрихии, лофотрихии (пучок), амфотрихии (два пучка), перитрихии (по периметру), Длина Ж больше чем длина клетки. Наиболее подвижны монотрихии, лофотрихии.

Методы изучение подвижности:

Висячая капля

Раздавленная капля

Темнопольная микроскопия

Фазоконтрастная микросокпия

Ворсинки: тонкие полые нити белковой природы, коротенькие, которые покрывают поверхность клетки, очень много, не выполняют локомоторную функции. Функции: адгезия (ворсинки 1 типа, с ними связана патогенность бактерии), конъюгативная (половые ворсинки) их мало.

Включения: зерна волютина (метафосфатические обладают свойством метохромазии - способность окрашиваться не в цвет красителя), жировые зерна, гликоген. Запас питательного вещества.

ОСНОВНЫЕ МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ФОРМЫ БАКТЕРИЙ.

Ш Шаровидные

Ш Палочковидные

Ш Извитиые (вибрионы, спириллы (имеют лофотрихии), спирохеты)

Прокариоты имеющие особую морфологию:

Ш Спирохеты

Ш Рикеции

Ш Актиномицеты

Ш Хламидии

Ш Микоплазмы

Спирохеты: нитевидные, спиральнозакрученые, извитые есть локомоторный внутренний аппарат представленный осевой нитью миофибрилл.

Семейства спирохет.

1. Борели - грубые завитки

2. Трепонемы - равномерные завитки

3. Лептоспиры имеют первичные завитки, и вторичные, утолщенные концы

Дифференциация проходит: по количеству завитков, характеру концов, по характеру движения.

Типы движения:

Ш Винтообразные (трепонема, лептоспира)

Ш Вперед-назад, право-лево

Характер движения:

Ш Плавные

Методы изучение: окраска по Романовскому-Гинзе. Борели - синие, остальные розовые. Микроскопия темнопольная микроскопия, фазово-контрастная.

Риккетсии: прокариоты, маленьких размеров,

Полиморфные (коковидную, кокобактериольную, палочковидные, длинную нитевидную) связано с особенностями деления, перегородка неполная и по этому клетки могут принять различную форму.

Экологическая ниша: заселяют организм членистоногих, передаются трансмессивным путем (укусы) от насекомых - вши, блохи, клещи. Примеры: сыпной тиф.

Методы выявления: окраска - Романовскому - Гинзе, по Здоровскому, при этом клетки в которых находятся риккетсии окрашиваются в один цвет, ядро в другой, сама риккетсия в третий. Микроскопия: цветовая, фазово-контрастная, электронная.

Морфологические формы:

Ш Внеклеточная - элементарное тельце, сферическая форма, маленького размера 0,3 мкм, имеющая клеточную стенку, мембрану

Ш Внутриклеточная - ретикулярное тельце, находится на разных стадиях созревания, можно обнаружить только внутри клетки, там созревает и разрывает клетку.

Методы обнаружения: окраска по Романовскому - Гинзе, фазово-контрастная микроскопия, реакция имунофлюоресценции, метод иммуноферментного анализа.

Микоплазмы: болезни: пневмония, бронхит, урогенитальный микоплазмоз, неонатальная патология.

Особенности:

Ш Нет клеточной стенки

Ш Очень маленькие размеры

Ш Полиморфны (сферические, нитевидные)

Ш Не красятся по Граму

Ш Не чувствительны к пенициллину

Методы изучение: культивирование (с добавлением холестерина), растут медленно, РИФ, ИФА, ПЦР, фазово-контрастная микроскопия после окраски по Романовскому-Гинзе.

Актиномицеты: прокариоты имеющие сходство с грибами. Полиморфные (ветвистые, короткие палочки) способны образовывать мицелий, Грам + , кислотонеустойчивые. Растут медленно. Места обитание: внешняя среда, полость рта (нормальная микрофлора). Могут размножаться спорами. Изучение: окраска - по Романовскому-Гинзе, культивирование.

Морфология и структура вириона, особенности репродукции.

Размеры вирионов от 15 до 400 нм. Самые крупные - оспа, герпес, маленькие - пикорна вирусы.

Структура вириона:

Ш Нуклеокапсид - нуклеотид (ДНК, РНК)

Ш Капсид - состоит из субъединиц, которые укладываются вокруг нуклеиновой кислоты симметрично в виде спирали (палочковидная форма), кубическая (сферическая форма).

Ш Супер капсид имеет выступы в виде шипов.

Химический состав: нуклеиновая кислота, белки капсида, липиды, полисахариды, ионы кальция, магния.

Раздел микробиологии, изучающий , их строение, размеры, способы передвижения, размножение и спорообразование, называют морфологией. При изучении морфологических свойств необходимо учитывать то, что под влиянием различных факторов (питательная среда, температура, влажность) бактерии способны их менять.

Методы изучения бактерий

Для изучения морфологии бактерий применяют такие методы, как микроскопия и окрашивание. Наблюдение за живыми бактериями происходит с помощью световых и электронных микроскопов в неокрашенных препаратах. Для получения полной характеристики рассматриваемых бактерий применяют такие методы изучения:

• Морфологический. Под микроскопом рассматривают морфологию бактерии, ее подвижность, споры и способы размножения.
• Культуральный. в питательных средах. Изучают ее рост, величину, цвет колонии и скорость размножения.
• Физиологический. Рассматривают такие свойства бактерий, как реакция на температуру, на внешние раздражители, на кислород, их способность к сбраживанию, реагирование на различные среды.

Применение этих способов изучения позволяет установить вид микроорганизма и морфологию каждого из них. Это сложный и длительный процесс, занимающий много времени.

Способ окрашивания является наиболее точным и эффективным в распознании и изучении под микроскопом. Зачастую микробы в своей естественной среде , а окрашивание позволяет не только изучить морфологию бактерии, а и правильно определить ее вид. Многие бактерии имеют одинаковую морфологию, но при окрашивании дают разные цвета. Для изучения бактерий применяют такие способы окрашивания:

• Простой. Применяют одну краску: фуксин либо метиленовую синюю.
• Сложный. Этот способ чаще всего применяется для выявления возбудителя инфекции, включает в себя два и более красителя. Чаще на практике применяют метод окрашивания по Граму и по Цилю.
• Дифференцированный. Для окрашивания жгутиков используют метод Бениньетти. Для индицирования капсул применяют метод Гинса.

Классификация микроорганизмов

Многообразие форм, биохимическая нестабильность и простота в строении усложняют . До сих пор их классификация является предметом споров среди микробиологов. В основу классифицирования положены такие направления в изучении микроорганизмов:

• их морфология;
• типы питания;
• источник энергии;
• реакция на окрашивание;
• разновидности форм.

Формы бактерий

Палочковидные

Палочковидные делят на группы в зависимости от формы (правильная или неправильная), от размеров и по тому, как располагаются клетки. Расположение клеток под микроскопом выглядит хаотично, потому что после деления каждая клетка живет отдельно.

Извитые

Виды, имеющие извитую форму, разделяют по количеству оборотов и по характеру витков. Вибрионы имеют слегка изогнутый вид, спириллы – несколько завитков правильной формы, спирохеты – большое количество мелких завитков.

Строение клетки бактерий

Ультраструктура клетки изучается при помощи таких микроскопических методов:

• светового;
• люминесцентного;
• сухого (когда между объективом и линзой есть воздух);
• фазово-контрастного;
• темнопольного.
• интерференционного;
• электронного.

Ультраструктура бактериальной клетки считается показателем ее уникальности в организационных процессах.

Различают постоянные органоиды: аналог ядра, цитоплазматическая мембрана, цитоплазма, которые свойственны каждому виду. Имеются и временные включения: капсула, пили, клеточная стенка, споры, жгутики, имеющиеся не у всех микробов или возникающие при различных воздействиях.

Нуклеоид

Нуклеоид является прототипом ядра и не содержит таких структур, свойственных эукариотам, как ядрышки, ядерная оболочка и гистоны. Он обладает свойством хранения и передачи генной информации, содержащейся в одной хромосоме, имеющей вид замкнутого кольца. Еще носителями наследственной информации бактериальной клетки являются плазмиды.

Цитоплазма

Цитоплазм представляет собой сложную систему, включающую в себя такие включения:

• рибосомы (отвечают за синтез белков);
• гранулы (содержат гликоген, полисахариды);
• волютин (полифосфаты);
• плазмиды (обладают свойством повышать устойчивость клетки).

Цитоплазматическая мембрана

Под электронным микроскопом хорошо видно, что состоит из трех слоев. При росте клетки она имеет свойство образовывать своеобразные выпячивания ─ мезосомы. В жизни клетки она выполняет такие функции:

• барьерную;
• энергетическую;
• транспортную.

Капсула

Капсула является слизистой структурой с четко выраженными границами, хорошо различаемыми под микроскопом. Ее изучают с помощью окрашивания мазка, где краска вокруг нее создает темный фон. Она обладает защитными свойствами против фагоцитоза бактерий и реагирует на антитела.

Клеточная стенка

Клеточная стенка защищает бактериальную клетку и обеспечивает ее постоянную форму. Состоит из двух слоев: внешнего, обладающего свойством пластичности, и внутреннего, постоянного. Такое свойство клеточной стенки, как ее реакция на окрашивание, используется для определения видов.

Жгутики

Жгутики ─ это тонкие нити, обеспечивающие подвижность клетки микроорганизма и имеющие длину большую, чем она сама. Жгутики имеют белковую структуру, их число может колебаться от одного до тысяч. Морфология расположения у них разнообразна: от прикрепления к одному концу до прикрепления по всей поверхности.

Пили

Пили являются ворсинками, которые состоят из белкового вещества. Они выполняют такие функции:

• прикрепление к поражаемой клетке;
• несут ответственность за питание;
• размножение;
• водно-солевой обмен;
• конъюгация (сближение).

Споры

При неблагоприятных условиях роста и развития микробы образуют споры, способствующие сохранению вида и не являющиеся продолжением рода. Наличие многослойной оболочки и вялотекущих метаболических процессов позволяет спорам долгое время находиться в стадии спокойствия и ждать подходящих условий для развития.

Появление современных методов исследования привело к новому витку в изучении царства бактерий. Ежегодно микробиологи с помощью новых методик изучают морфологию и свойства новых, еще неизученных видов микроорганизмов, неподходящих ни под один тип классификации.