Основы морфологии микроорганизмов
План.
1. Предмет и задачи медицинской микробиологии.
2. История развития.
3. Роль микроорганизмов в жизни человека и общества.
4. Классификация микроорганизмов.
5. Морфология микроорганизмов.
6. Структура бактериальной клетки.
7. Микробиологическая лаборатория
Микробиология - наука, предметом изучения которой являются микроскопические существа, называемые микроорганизмами, их биологические признаки, систематика, экология, взаимоотношения с другими организмами.
Микроорганизмы - наиболее древняя форма организации жизни на Земле. По количеству они представляют собой самую значительную и самую разнообразную часть организмов, населяющих биосферу.
К микроорганизмам относят:
1) бактерии;
2) вирусы;
3) грибы;
4) простейшие;
5) микроводоросли.
Общий признак микроорганизмов - микроскопические размеры; отличаются они строением, происхождением, физиологией.
Бактерии - одноклеточные микроорганизмы растительного происхождения, лишенные хлорофилла и не имеющие ядра.
Грибы - одноклеточные и многоклеточные микроорганизмы растительного происхождения, лишенные хлорофилла, но имеющие черты животной клетки, эукариоты.
Вирусы - это уникальные микроорганизмы, не имеющие клеточной структурной организации.
Основные разделы микробиологии: общая, техническая, сельскохозяйственная, ветеринарная, медицинская, санитарная.
Общая микробиология изучает наиболее общие закономерности, свойственные каждой группе перечисленных микроорганизмов: структуру, метаболизм, генетику, экологию и т. д.
Основной задачей технической микробиологии является разработка биотехнологии синтеза микроорганизмами биологически активных веществ: белков, ферментов, витаминов, спиртов, органических веществ, антибиотиков и др.
Сельскохозяйственная микробиология занимается изучением микроорганизмов, которые участвуют в круговороте веществ, используются для приготовления удобрений, вызывают заболевания растений и др.
Ветеринарная микробиология изучает возбудителей заболеваний животных, разрабатывает методы их биологической диагностики, специфической профилактики и этиотропного лечения, направленного на уничтожение микробов-возбудителей в организме больного животного.
Предметом изучения медицинской микробиологии являются болезнетворные (патогенные) и условно-патогенные для человека микроорганизмы, а также разработка методов микробиологической диагностики, специфической профилактики и этиотропного лечения вызываемых ими инфекционных заболеваний.
Разделом медицинской микробиологии является иммунология, которая занимается изучением специфических механизмов защиты организмов людей и животных от болезнетворных микроорганизмов.
Предметом изучения санитарной микробиологии являются санитарно-микробиологическое состояние объектов окружающей среды и пищевых продуктов, разработка санитарных нормативов.
Классификация микроорганизмов
Основной таксономической единицей систематики бактерий является вид.
Вид - это эволюционно сложившаяся совокупность особей, имеющая единый генотип, который в стандартных условиях проявляется сходными морфологическими, физиологическими, биохимическими и другими признаками.
Вид не является конечной единицей систематики. Внутри вида выделяют варианты микроорганизмов, отличающиеся отдельными признаками. Так, различают:
1) серовары (по антигенной структуре);
2) хемовары (по чувствительности к химическим веществам);
3) фаговары (по чувствительности к фагам);
4) ферментовары;
5) бактериоциновары;
6) бактериоциногеновары.
Бактериоцины - вещества, продуцируемые бактериями и губительно действующие на другие бактерии. По типу продуцируемого бактериоцина различают бактериоциновары, а по чувствительности - бактерициногеновары.
Для видовой идентификации бактерий необходимо знать следующие их свойства:
1) морфологические (форму и структуру бактериальной клетки);
2) тинкториальные (способность окрашиваться различными красителями);
3) культуральные (характер роста на питательной среде);
4) биохимические (способность утилизировать различные субстраты);
5) антигенные.
Виды, связанные генетическим родством, объединяют в роды, роды - в семейства, семейства - в порядки. Более высокими таксономическими категориями являются классы, отделы, подцарства и царства.
Согласно современной систематике патогенные микроорганизмы относятся к царству прокариот, патогенные простейшие и грибы - к царству эукариот, вирусы объединяются в отдельное царство - Vira.
Все прокариоты, имеющие единый тип организации клеток, объединены в один отдел - Bacteria. Однако отдельные их группы отличаются структурными и физиологическими особенностями. На этом основании выделяют:
1) собственно бактерии;
2) актиномицеты;
3) спирохеты;
4) риккетсии;
5) хламидии;
6) микоплазмы.
В настоящее время для систематики микроорганизмов используется ряд таксономических систем.
1. Нумерическая таксономия. Признает равноценность всех признаков. Для ее применения необходимо иметь информацию о многих десятках признаков. Видовая принадлежность устанавливается по числу совпадающих признаков.
2. Серотаксономия. Изучает антигены бактерий с помощью реакций с иммунными сыворотками. Наиболее часто применяется в медицинской бактериологии. Недостаток - бактерии не всегда cодержат видоспецифический антиген.
3. Хемотакcономия. Применяются физико-химические методы, с помощью которых исследуется липидный, аминокислотный состав микробной клетки и определенных ее компонентов.
4. Генная систематика. Основана на способности бактерий с гомологичными ДНК к трансформации, трансдукции и конъюгации, на анализе внехромосомных факторов наследственности - плазмид, транспозонов, фагов.
Совокупность основных биологических свойств бактерий можно определить только у чистой культуры - это бактерии одного вида, выращенные на питательной среде.
Грамотрицательные бактерии имеют тонкую клеточную стенку (рис. 2.1).
К ним относятся сферические (кокки: гонококки, менингококки, вейлонеллы), извитые (спирохеты и спириллы), а также палочковидные и наиболее мелкие бактерии (риккетсии и хламидии - облигатные внутриклеточные паразиты).
Грамположительные бактерии имеют толстую клеточную стенку. К ним относятся сферические (кокки: стафилококки, стрептококки, пневмококки), палочковидные и ветвящиеся нитевидные формы (актиномицеты).
ФОРМЫБАКТЕРИЙ
Бактерии имеют форму кокков, палочек, спиралей и другие формы (см. рис. 2.1).
Кокки - шаровидные бактерии размером 0,5-1,0 мкм; по их взаимному расположению различают микрококки, диплококки, стрептококки, тетракокки, сарцины и стафилококки.
- Микрококки (от греч. micros - «малый») - отдельно расположенные клетки.
- Диплококки (от греч. diploos - «двойной») расположены парами (пневмококк, гонококк, менингококк), так как клетки после деления не расходятся. Пневмококк (возбудитель пневмонии) имеет с противоположных сторон ланцетовидную форму, а гонококк (возбудитель гонореи) и менингококк (возбудитель
Рис. 2.1. Морфологические и тинкториальные свойства бактерий. Некоторые бактерии образуют споры, расположенные центрально (1), субтерминально (2) или терминально (3)
эпидемического менингита) имеют форму кофейных зерен, обращенных вогнутой поверхностью друг к другу (см. рис. 2.1).
- Стрептококки (от греч. streptos - «цепочка») - клетки округлой формы, составляющие цепочку вследствие деления клеток в одной плоскости.
- Сарцины (от лат. sarcina - «связка, тюк») расположены в виде пакетов из 8 кокков и более, так как они образуются при делении клетки в трех взаимно перпендикулярных плоскостях.
- Стафилококки (от греч. staphyle - «виноградная гроздь») - кокки, расположенные в виде грозди винограда в результате деления в разных плоскостях.
Палочковидные бактерии различаются по размерам, форме концов клетки и взаимному расположению клеток.
Длина клеток варьирует от 1 до 10 мкм, толщина - от 0,5 до 2 мкм. Концы палочек могут быть как бы обрезанными (сибиреязвенная бацилла), закругленными (кишечная палочка), заостренными (фузобактерии) или в виде утолщения. В последнем случае палочка похожа на булаву (коринебактерии дифтерии).
Слегка изогнутые палочки называются вибрионами (холерный вибрион). Большинство палочковидных бактерий расположены беспорядочно. Если после деления клетки остаются связанными общими фрагментами клеточной стенки и не расходятся, то они располагаются под углом друг к другу (коринебактерии дифтерии) или образуют цепочку (сибиреязвенная бацилла).
Извитые формы - спиралевидные бактерии, к которым относятся кампилобактерии, хеликобактерии, спириллы и спирохеты.
Спириллы имеют вид штопорообразно извитых клеток.
Спирохеты - тонкие, длинные, извитые (спиралевидной формы) бактерии, отличающиеся от спирилл подвижностью, обусловленной сгибательными изменениями клеток. Они имеют тонкую наружную мембрану клеточной стенки, окружающую протоплазматический цилиндр с цитоплазматической мембраной, и периплазматические фибриллы (жгутики). Фибриллы участвуют в передвижении спирохет, придавая клеткам вращательное, сгибательное и поступательное движение.
Спирохеты представлены тремя родами, патогенными для человека: Treponema, Borrelia, Leptospira.
- Трепонемы (род Тreропета) имеют вид тонких, штопорообразно закрученных нитей с 8-12 равномерными мелкими завитками, например, T. pallidum - возбудитель сифилиса.
- Боррелии (род Borrelia) имеют по 3-8 крупных завитков. К ним относятся возбудитель возвратного тифа (B. recurrentis) и возбудители болезни Лайма (B. burgdorferi и др.).
Лептоспиры (род Leptospira) имеют неглубокие и частые завитки в виде закрученной веревки. Концы этих спирохет изогнуты наподобие крючков с утолщениями на концах. Образуя вторичные завитки, они приобретают вид букв С или S (например, L. interrogans - возбудитель лептоспироза).
Ветвящиеся нитевидные формы и палочки неправильной формы
представлены актиномицетами и родственными с ними бактериями (нокардиями, микобактериями, коринебактериями и др.).
Актиномицеты - ветвящиеся нитевидные или палочковидные грамположительные бактерии. Свое название (от греч. actis - «луч» и mykes - «гриб») они получили в связи с образованием в пораженных тканях друз - гранул из плотно переплетенных нитей в виде лучей, отходящих от центра и заканчивающихся колбовидными утолщениями.
С актиномицетами сходны так называемые нокардиоподобные (нокардиоформные) актиномицеты - палочковидные, неправильной формы. К ним относят бактерии родов Corynebacterium, Mycobacterium, Nocardia и др. Нокардиоподобные актиномицеты отличаются наличием в клеточной стенке сахаров - арабинозы, галактозы, а также миколовых кислот и больших количеств жирных кислот. Миколовые кислоты и липиды клеточных стенок обусловливают кислотоустойчивость бактерий, в частности, микобактерий туберкулеза и лепры (при окраске по Цилю-Нильсену они имеют красный цвет, а некислотоустойчивые бактерии и элементы ткани, мокроты - синий цвет).
Риккетсии - мелкие грамотрицательные палочковидные бактерии (0,3-2,0 мкм), облигатные (обязательные) внутриклеточные паразиты, рамножающиеся в цитоплазме, а некоторые - в ядре инфицированных клеток. Обитают в членистоногих (вшах, блохах, клещах), которые являются их хозяевами или перенос чиками.
Свое название риккетсии получили по имени Х. Т. Риккетса - американского ученого, впервые описавшего одного из возбудителей. У человека риккетсии вызывают эпидемический сыпной тиф (Rickettsiaprowazekii), клещевой риккетсиоз (R. sibirica) и другие риккетсиозы.
Хламидии - облигатные внутриклеточные кокковидные грамотрицательные бактерии, размножающиеся только в живых клетках.
Вне клеток хламидии имеют сферическую форму (0,3 мкм), метаболически неактивны и называются элементарными тельцами. Элементарные тельца, попав в клетку, увеличиваются и превращаются в делящиеся ретикулярные тельца, образуя скопления (включения)
в вакуолях. Из ретикулярных телец образуются элементарные тельца, которые выходят из клеток и вступают в новый цикл, инфицируя другие клетки. У человека хламидии вызывают поражения глаз (трахому, конъюнктивит), урогенитальной системы, легких и др.
Микоплазмы - мелкие бактерии (0,3-0,8 мкм), не имеющие клеточной стенки; окружены только цитоплазматической мембраной, содержащей стеролы.
Вследствие отсутствия клеточной стенки микоплазмы осмотически чувствительны. Имеют кокковидную, нитевидную или колбовидную формы. Микоплазмы вызывают у человека атипичную пневмонию (Mycoplasmapneumoniae) и поражение мочеполовой системы (M. hominis и др.).