Микробы представляют собой мельчайшие организмы, стоящие на низших ступенях развития. Большинство из них одноклеточные, хотя встречаются и многоклеточные. Размеры их обозначают в микронах (1 мкм = микрометр = миллионная часть метра = тысячная часть миллиметра) или в 1000 раз более мелкой величиной — в нанометрах (нм = миллионная часть миллиметра). Одни микробы имеют величину, измеряемую нанометрами, другие — единицами и десятками микрометров, третьи — долями миллиметра.
Различают следующие важнейшие группы микробов: бактерии, риккетсии, вирусы, грибы, дрожжи, простейшие.
Бактерии — одноклеточные организмы растительной природы, лишенные хлорофилла и обладающие рядом физиологических особенностей. Они бывают подвижными и неподвижными, размножаются делением и имеют размеры 0,3—5 мкм. По внешнему виду бактерии делятся на три формы: палочковидные, шаровидные (кокки) и извитые (вибрионы и спириллы).
Кокковые формы различаются по форме деления и расположению в мазках. Они делятся в одной, двух, трех и более взаимно перпендикулярных плоскостях. При делении в одной плоскости они располагаются парами (диплококки) или цепочками (стрептококки); в двух плоскостях — по четыре (тетракокки), в трех плоскостях образуют пакеты (сарцины); при беспорядочном делении располагаются одиночно (микрококки) или в виде гроздьев винограда (стафилококки).
Основные формы бактерий: 1 — стафилококки; 2,3 — диплококки; 4 — стрептококки; 5 — тетракокки; 6 - сардины; 7,8 — палочки, не образующие спор; 9 — палочки, образующие споры; 10 — вибрионы; 11 — спириллы; 12 — спирохеты
Извитые формы имеют вид спирали. Некоторые из них представляют собой часть витка спирали (вибрионы), другие — витки спирали с большим диаметром (спириллы) и с малым диаметром (спирохеты).
Палочковидные формы бактерий, подобно коккам, располагаются по длине парами — диплобактерии или цепочками — стрептобактерии. Палочковидные формы могут быть прямые и искривленные, строго цилиндрические и неравномерно утолщенные, с концами закругленными, заостренными или обрубленными.
Строение бактерий. Клетки бактерий состоят из ядра, цитоплазмы и оболочки. Некоторые бактерии, кроме того, имеют жгутики, капсулу и образуют споры.
Ядро бактерий в отличие от ядра клеток растений и животных не имеет ядерной мембраны и типичных хромосом и поэтому его называют нуклеоидом, или хроматиновым тельцем. Оно состоит из мельчайших частиц хроматина — дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). Бактериальные клетки, не имеющие ядерной мембраны, называют прокариотами (от греч. про — вместо, карион — ядро, означает клетка с иными образованиями).
Цитоплазма бактерий — прозрачная, вязкая, состоит из белков, жиров, углеводов и других органических соединений, минеральных веществ и воды.
Оболочка бактерий — плотное эластичное образование, придающее бактерии постоянную форму. Она состоит из белков и углеводно-липоидного комплекса.
Капсула бактерий — слой, представляющий разрыхленную поверхность бактериальной оболочки. Капсула состоит в основном из сложных полисахаридов и воды (до 98%) и служит осмотическим барьером при обилии жидкости или высушивании. Она защищает болезнетворные бактерии от фагоцитов. Капсулу выявляют с помощью негативной окраски тушью или протоплазматическими красителями.
Жгутики — очень тонкие белковые извитые фибриллы — нити, начинающиеся на внутренней стороне оболочки бактерий. Многие бактерии не имеют жгутиков.
Бактерии, имеющие только один жгутик, называют монотрихами. У некоторых бактерий жгутики расположены в виде пучка на одном конце, такие бактерии называют лофотрихами; у других жгутики отходят со всех сторон клетки, их называют перитрихами. При помощи жгутиков бактерии активно передвигаются. Монотрихи и лофотрихи перемещаются прямолинейно, стремительно, перитрихи — медленно, совершая вращательные движения. Бактерии, не имеющие жгутиков, могут передвигаться только пассивно с током жидкости. Им присуще так называемое броуновское движение.
Бактерии с различным расположением жгутиков: а — монотрихи; б — лофотрихи; в — перитрихи
Споры бактерий — овальные или сферические тельца с густой, сильно преломляющей свет цитоплазмой и толстой оболочкой, состоящей из нескольких слоев; образуются из вегетативных форм бактерий. Спорообразование свойственно только некоторым палочковидным бактериям. Оно происходит при неблагоприятных условиях и длится 16—24 ч. Споры позволяют бактериям сохраняться длительное время во внешней среде. Бактерии в состоянии спор становятся стойкими к высушиванию, облучению, гниению и могут сохраняться десятки лет. Палочковидные бактерии, образующие споры, называют бациллами (Bacillus), а не образующие споры—бактериями (Bacterium).
Химический состав микроорганизмов. Они содержат 45—50% белков, 10—35 углеводов, 2—25 жиров и 5—25% нуклеиновых кислот (РНК или ДНК). Кроме того, в их состав входят в небольших количествах другие органические соединения и минеральные соли.
В процессе роста некоторые бактерии образуют биотики и пигменты. Эти вещества являются продуктами их обмена. Антибиотики тормозят развитие многих других видов бактерий. Вещества, выделяемые бактериями, в большинстве своем бесцветные соединения. Пигменты, выделяющиеся в виде бесцветных соединений, называются лейкобазами. Эти продукты при окислении окрашиваются. Например, Pseudomonas aeruginosa выделяет бесцветный феназин, дающий при окислении антибиотик-пигмент пиоцианин. Дыхательный пигмент бактерий цитохром, аналогичный гемоглобину человека, не придает бактериям окраски, а бактериохлорофилл, содержащийся в фотосинтезирующих бактериях, окрашивает их в зеленый или фиолетовый цвет.
Вирусы — самые мельчайшие живые существа, проникающие через асбестовые или фарфоровые (каолин) фильтры, задерживающие бактерии. По размерам они приближаются к наиболее крупным белковым молекулам. Измеряются вирусные частицы нанометрами, размер вирусов средней величины 60—120 нм.
Частичка вируса — вирион — состоит только из одной нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК) и белковой частицы и является внутриклеточным паразитом. Вирусы могут размножаться только внутри живой размножающейся клетки. Они паразитируют в клетках тканей животных, растений, человека и в микроорганизмах. Вирусы, развивающиеся в микроорганизмах, называются бактериофагами (пожирателями бактерий).
Вирусы имеют шаровидную, кубическую, палочковидную и нитевидную формы. Некоторые вирусы внутри пораженных клеток образуют тельца-включения.
Риккетсии занимают промежуточное место между вирусами и бактериями. Они, как и вирусы, внутриклеточные паразиты. Риккетсии поражают в основном клещей и насекомых, но имеются и патогенные для человека и теплокровных животных. Размеры их 0,1—0,5×0,3—1,0 мкм. Известны формы кокковые, палочковидные и нитевидные.
Грибы (Fungi) относятся к эукариотам (от греч. эу — истинный, карион — ядро). Они значительно крупнее бактерий и имеют более дифференцированное строение. Клетки грибов достигают 10—50 мкм в длину и в среднем 5—8 мкм в поперечнике. Они состоят из ядра, цитоплазмы и оболочки. Клетки гриба примыкают друг к другу, образуя нити — гифы. Бывают гифы очень длинные, состоящие всего из одной клетки. Сплетение гифов в питательной среде называется мицелием (грибницей). Часть гифов возвышается над поверхностью среды, образуя воздушный мицелий.
Размножаются грибы почкованием (бесполое размножение) и аскоспорами (споровое размножение). При бесполом размножении на плодоносящих гифах-конидиеносцах формируются конидии (споры бесполого размножения). Аскоспоры образуются после полового слияния двух клеток. Оболочка в местах соприкосновения растворяется, и часть цитоплазмы переходит из одной клетки в другую. После полового слияния происходит двух - или трехкратное деление, в результате чего образуется 4—8 аскоспор. Споры грибов, таким образом, в отличие от спор бактерий служат целям размножения. Споры грибов менее устойчивы, чем споры бактерий.
Грибы делятся на группы:
фикомицеты (Phycomycetes),
аскомицеты (Ascomycetes) и несовершенные (Fungi imperfecti или Deuteromycetes).
Фикомицеты, или мукоровые грибы, образуют одноклеточный несептированный, т. е. без перегородок, ветвистый мицелий с шарообразным или булавовидным плодовым телом, наполненным спорами.
Аскомицеты — грибы многоклеточные, септированные (разделенные перегородками), образуют сумки; к ним относятся аспергиллы, пенициллы и дрожжи.
Аспергиллы (Aspergillus), или леечные грибы. Ко-нидиеносцы их располагаются по шару радиусами, в виде струи воды из лейки (отсюда и название). Конидии разных видов аспергиллов бывают окрашены в желтый цвет (Aspergillus flavus), черный (A. niger), светло-зеленый (A. glaucus) и т. д.
Пенициллы (Penicillium), или кистевики, имеют строение конидиеносцев с конидиями в виде кисточки.
Плесневые грибы: а — пенициллы; б — аспергиллы; в — мукор
Дрожжи, или дрожжевые грибы, имеют овальные крупные клетки диаметром 8—10 мкм. Размножаются они чаще делением или почкованием. При истощении питательной среды происходит половое размножение с помощью аскоспор. Различные виды дрожжей определяют по форме вегетативных клеток, почкующихся клеток и аскоспор. Дрожжи не образуют мицелия.
Несовершенные грибы не имеют плодовых тел. Половой способ размножения у них неизвестен. Размножаются они путем дробления или бесполого спорообразования.
Простейшие (Protozoa) — это одноклеточные организмы со сложным жизненным циклом развития. Их размеры 6—20 мкм и более. Клетки имеют цитоплазму и четко выраженное ядро (эукариот).
Цитоплазма на поверхности может быть уплотненной (эктоплазма). Многие простейшие имеют оболочки и образуют споры или цисты. Некоторые простейшие снабжены жгутиками или ресничками, позволяющими им передвигаться.
Простейшие, лишенные оболочки, передвигаются с помощью выпячивания псевдоподии, или ложноножек, и переливания в нее всей цитоплазмы. Простейшие делятся на
а — саркодовые; б — жгутиковые; в — ресничные; г — споровик
1 — саркодовые (Sarcodina), или амебы, передвигаются с помощью псевдоподий; при неблагоприятных условиях образуют плотные цисты;
2 — жгутиковые (Mastigophora) перемещаются с помощью длинных нитевидных отростков, к ним относятся трипаносомы и лептомонас;
3 — споровики (Sporozoa) передвигаются на ранних стадиях развития с помощью псевдоподий, к ним относятся микроспоридии, в том числе позема;
4 — ресничные (Ciliata) перемещаются с помощью ресничек, к ним относятся парамеции (туфельки), питающиеся сапрофитно, т. е. продуктами разложения органических веществ.