Особенности питания и дыхания грибов.

Раздел 3. Микология.

Тема 3.1. Классификация грибов. Строение и особенности физиологии грибов, методы их изучение.

Содержание учебного материала

Морфология грибов. Классификация грибов: низшие и высшие грибы, совершенные и несовершенные грибы. Особенности питания и дыхания грибов. Культивирование грибов. Оптимальные условия для культивирования. Устойчивость грибов к факторам окружающей среды. Грибы как санитарно-показательные микроорганизмы воздуха. Методы микробиологической диагностики микозов.

Морфология грибов

Грибы относятся к царству Fungi (Mycetes, Mycota), Это мно­гоклеточные или одноклеточные нефотосинтезирующие (бесхлорофилльные) эукариотические микроорганизмы с клеточной стенкой. Грибы имеют ядро с ядерной оболочкой, цитоплазму с органеллами, цитоплазматическую мембрану и многослойную ригидную клеточную стенку, состоящую из нескольких типов полисахаридов, а также белка, липидов и др. Некоторые грибы образуют капсулу. Цитоплазматическая мембрана содержит гликопротеины, фосфолипиды и эргостеролы. Грибы являются грамположительными микробами, вегетативные клетки — некис­лотоустойчивые. Грибы состоят из длинных тонких нитей (гиф), сплетающихся в грибницу, или мицелий. Гифы низших грибов — фикомицетов — не имеют перегородок. У высших грибов — эумицетов — гифы разделены перегородками; их мицелий многокле­точный. Различают гифальные и дрожжевые формы грибов.

Гифальные (плесневые) грибы образуют ветвящиеся тонкие нити (гифы), сплетающиеся в грибницу, или мицелий (плесень).

Гифы, врастающие в питательный субстрат, называются вегета­тивными гифами (отвечают за питание гриба), а растущие над поверхностью субстрата — воздушными, или репродуктивными гифами (отвечают за бесполое размножение). Гифы низших грибов представлены многоядерными клетками и называются ценоцитными.

Дрожжевые грибы (дрожжи), в основном, имеют вид отдель­ных овальных клеток (одноклеточные грибы). По типу полового размножения они распределены среди высших грибов — аскомицет и базидиомицет. При бесполом размножении дрожжи образуют почки, или делятся, что приводит к одноклеточному росту. Могут образовывать псевдогифы и ложный мицелий (псев­домицелий) в виде цепочек удлиненных клеток — «сарделек». Грибы, аналогичные дрожжам, но не имеющие полового спосо­ба размножения, называют дрожжеподобными. Они размножа­ются только бесполым способом — почкованием, или делением.

Грибы размножаются спорами половым и бесполым спосо­бами, а также вегетативным путем (почкование или фрагмента­ция гиф). Грибы, размножающиеся половым и бесполым путем, относятся к совершенным.

Несовершенными называют грибы, у которых отсутствует или еще не описан половой путь размножения. Бесполое размноже­ние осуществляется у грибов с помощью эндогенных спор, со­зревающих внутри круглой структуры — спорангия, и экзоген­ных спор — конидий, формирующихся на кончиках плодонося­щих гиф. Некоторые виды несовершенных грибов являются воз­будителями дерматомикозов: фавуса (Achorion schoenleinii), трихофитии (Trichophyton violaceum), микроспории (Microsporum lanosum, M. canis), эпидермофитии (Epidermophyton inguinale).

Tипы грибов: выделяют 3 типа грибов, имеющих половой спо­соб размножения (так называемые совершенные грибы): зигомицеты (Zygomycota), аскомицеты (Ascomycota) и базидиомицеты (Basidiomycota). Отдельно выделяют условный, формальный тип грибов - дейтеромицеты (Deiteromycota), у которых имеется толь­ко бесполый способ размножения (так называемые несовер­шенные грибы).

Классификация грибов.

Грибы можно разделить на 7 классов: хитридиомицеты, гифохитридиомицеты, оомицеты, зигомицеты, аскомицеты, бази­диомицеты, дейтеромицеты.

Среди фикомицетов различают:

· хитридиомицеты, или водные грибы, ведущие сапрофитический образ жизни или поражающие водоросли, (Chytridiomycota) — гаплоидный многоядерный синцитий (плазмодий); клеточная стенка отсутствует, вегетативное размножение не обнаружено, одножгутиковые зооспоры, полового спороношения нет, гаметы подвижны, изо- или гетерогамия, все представители-паразиты;

· зигомицеты включают представителей рода Мисог, распро­страненных в почве и воздухе и способных (например гри­бы рода Мисог) вызывать мукоромикоз легких, головного мозга и других органов. При бесполом размножении на плодоносящей гифе-спорангиеносце образуется споран­гий — шаровидное утолщение с оболочкой, содержащее многочисленные споры (спорангиоспоры). Половое раз­множение (оогамия) у зигомицетов осуществляется пу­тем образования зигоспор, или оспор. Зигомицеты (Zygomycota) — гаплоидный синцитий (иногда с неболь­шим количеством перегородок), у наиболее примитивных в виде голого комочка протоплазмы — амёбоида или в виде одной клетки с ризоидами; помимо хитина в клеточной стенке много пектина, способность к почкованию, беспо­лое размножение спорангиоспорами, зигогамия.

Эумицеты представлены аскомицетами и базидиомицитами (совершенные грибы), а также дейтеромицетами (не­совершенные грибы). Аскомицеты (или сумчатые грибы) объединяют группу грибов, имеющих септированный мицелий и отличающих­ся способностью к половому размножению. Свое назва­ние аскомицеты получили от основного органа плодоно­шения — сумки, или аска, содержащего 4 или 8 гаплоид­ных половых спор (аскоспор). К аскомицетам относятся представители родов Aspergillus, Penicillium и др., отлича­ющиеся особенностями формирования плодоносящих гиф. У Aspergillus (леечная плесень) на концах плодонося­щих гиф-конидиеносцев имеются утолщения — стеригмы, на которых образуются цепочки спор — конидии. Неко­торые виды аспергилл могут вызывать аспергиллезы и афлатоксикозы. Плодоносящая гифа у грибов рода Penicillium (кистевик) напоминает кисточку, так как из нее (на конидиеносце) образуются утолщения, разветвляющиеся на бо­лее мелкие структуры — стеригмы, на которых находятся цепочки конидий. Пенициллы могут вызывать заболева­ния (пенициллинозы). Многие виды аскомицетов явля­ются продуцентами антибиотиков. Представителями ас­комицетов являются и дрожжи — одноклеточные грибы, утратившие способность к образованию истинного мице­лия. Дрожжи имеют овальную форму клеток, диаметр которых 3—15 мкм. Они размножаются почкованием, бинарным делением (делятся на две равные клетки) или половым путем с образованием аскоспор. Дрожжи исполь­зуют в биотехнологически процессах. Заболевания, вы­зываемые некоторыми видами дрожжей, получили назва­ние дрожжевых микозов.

· Базидиомицеты — шляпочные грибы с септированным ми­целием. Базидиомицеты (Basidiomycota) — многоклеточ­ный, как правило, дикариотический мицелий, могут об­разовывать хламидоспоры; соматогамия или автогамия с образованием базидий с базидиоспорами.

· Дейтеромицеты — несовершенные грибы (Fungi imperfecti) — являются условным классом грибов, объединяющим гри­бы с септированным мицелием, не имеющие полового раз­множения. Они размножаются только бесполым путем, образуя конидии. Дейтеромицеты (Deuteromycota), или не­совершенные грибы (Anamorphic fungi) — в эту гетероген­ную группу объединены все грибы с развитым мицелием, размножающиеся частями мицелия и конидиями и с не­известным до настоящего времени половым процессом. Насчитывается около 30 ООО видов.

К несовершенным грибам относятся грибы рода Candida, по­ражающие кожу, слизистые оболочки и внутренние органы (кандидоз). Они имеют овальную форму, диаметр 2—5 мкм; делятся почкованием (бластоспоры), образуют псевдомицелий (почку­ющиеся клетки из ростковой трубочки вытягиваются в нить), на концах которого находятся хламидоспоры. Эти грибы называют дрожжеподобными. Истинные дрожжи (аскомицеты) образуют аскоспоры, не имеют псевдомицелия и хламидоспор. Подавля­ющее большинство грибов, вызывающих заболевания у человека (микозы), относятся к несовершенным грибам.

Грибы используются в молочной промышленности, в произ­водстве витаминов, аминокислот, антибиотиков, спиртов, орга­нических кислот, в процессах хлебопечения, приготовления вина и пива, получения белковых кормов и очищения окружающей среды от различных загрязнений, в разложении отходов нефти, при получении ферментов. При получении кормового белка ис­пользуют Candida utilis. Человек широко использует грибы для получения препаратов, подавляющих развитие вредителей и воз­будителей болезней растений, при получении органических кис­лот, в генной инженерии и биотехнологии, при изучении физи­ологических, генетических, цитологических, биохимических и других процессов (одной из используемых моделей является Blastocladiella emersonii). Дерматомикозы — большая группа кож­ных грибковых заболеваний всех видов сельскохозяйственных и домашних животных, пушных зверей и лабораторных животных. Все больные животные, независимо от вида, являются источни­ком заражения человека и особенно детей.

Актиномицеты — это лучистые грибы, относящиеся к прока­риотам. Свое название они получили благодаря лучистому стро­ению их колонии и образованию лучисто расположенных зерен (друз) в гное, хорошо видимых под микроскопом. По своей фи­зиологии актиномицеты занимают промежуточное положение между несовершенными грибами и бактериями. К бактериям они более близки — у актиномицетов имеются те же структур­ные элементы, что и у бактерий. Подавляющее большинство ак­тиномицетов — сапрофиты, широко распространенные и оби­тающие в почве, воде и в воздухе, принимающие активное учас­тие в круговороте веществ. Актиномицеты являются активными продуцентами метаболитов, в том числе и антибиотиков, исполь­зуемых с лечебной целью. Среди актиномицетов есть виды, вхо­дящие в состав нормальной микрофлоры человека и животных. Они входят в состав микрофлоры кишечника, постоянно при­сутствуют в зубном налете, в кариозных зубах. Но наряду с этим имеются и патогенные виды, способные вызвать заболевания у растений, птиц, рыб, животных и человека. У человека и живот­ных патогенные виды актиномицетов вызывают заболевание актиномикоз, протекающее в хронической форме и по клинике очень сходное с микозом. При актиномикозе как у людей, так и у животных могут поражаться все ткани и органы. У людей болезнь встречается спорадически, а у животных могут возникать и эпизо­отии. Болезнь встречается у людей и животных всех возрастов.

Особенности питания и дыхания грибов.

По типу дыхания в окружающей среде грибы — аэробы, их тканевые формы (при попадании в макроорганизм) — факульта­тивные анаэробы. По способу питания различают три основные группы грибов: паразиты, сапрофиты и симбионты. Эти три груп­пы нельзя резко разграничить, ибо у сапрофитов, например, не­редко появляется способность питаться за счет живого субстра­та. Обязательные (облигатные) питаются только за счет живых тканей и, как правило, не растут на искусственных питательных средах. Среди условных (факультативных) грибов одни питаются преимущественно органическими веществами разлагающихся тканей (сапрофиты), но могут паразитировать и на живых тканях; у других факультативных сапрофитов обычный способ питания — паразитический, но они могут расти и на мертвых тканях.

Культивирование грибов.

В лабораторных условиях чистые грибные культуры получают при выделении из исследуемого материала методами механи­ческого разобщения и культивирования на искусственных пита­тельных средах. Грибы растут медленнее бактерий, видимый рост их колоний на твердых питательных средах обычно наблюдается на 3-5-й день. Образование колоний грибов на твердых пита­тельных средах — результат апикального роста главной гифы и ее ответвлений. Грибы обладают выраженной сахаролитической активностью, поэтому их выращивают на специальных средах, содержащих углеводы: среда Сабуро, сусло-агар, морковный агар и другие, при этом pH среды должно составлять 6,0-6,5. Для роста грибам необходимы соли фосфора и серы. Накопить боль­шую биомассу грибов для промышленных целей позволяют до­бавки ионов меди, магния и натрия, витаминов: биотина, ри­бофлавина, тиамина. Грибы растут в широком диапазоне темпе­ратур (20—45 °С); грибы, вызывающие заболевания человека, обычно культивируются при температуре 37 °С. При росте мно­гоклеточных грибов на питательных средах различают субстрат­ный, или погружной, мицелий (врастающие колонии, большая часть в среде) и воздушный мицелий (большая часть его нахо­дится над питательной средой). С воздушным мицелием связа­но образование конидий, с субстратным — бласто-, хламидо- и артроспор.