Лекция №2.
Тема: Классификация бактерий. Морфология и ультраструктура бактерий.
План.
1. Принципы классификации бактерий.
2. Формы бактериальной клетки: кокковидная, палочковидная, извитая, ветвящаяся.
3. Ультраструктурная организация бактерий.
4. Основные и дополнительные структуры, их химический состав и назначение.
5. Особенности морфологии микоплазм, хламидий, риккетсий, актиномицетов.
1. Классификация микроорганизмов по Берге.
В 1980 году принята единая международная классификация, в основе, которой лежит система, предложенная американским учёным Берги.
В основе этой классификации, лежит строение клеточной стенки, на основании чего бактерии делятся на 4 отдела:
1 отдел - Грациликуты (Gracilicutes) – бактерии с тонкой
клеточной стенкой, грамотрицательные (спирохеты, спириллы,
гонококки, менингококки, риккетсии, хламидии).
2 отдел - Фирмикуты (Firmicutes)- с толстой клеточной стенкой,
грамположительные (стафилококки, стрептококки, палочковидные бактерии, актиномицеты (ветвящиеся бактерии), коринебактерии (булавовидные бактерии), микобактерии и бифидумбактерии.
3 отдел - Тенерикуты (Tenerecutes) – без ригидной клеточной оболочки (микоплазмы).
4 отдел - Мендозикуты (Mendosicutes)- архебактерии с дефектной клеточной стенкой, среди них нет возбудителей инфекционных заболеваний.
Для многих микроорганизмов характерны определенные формы и размер.
2. Формы бактериальной клетки: кокковидная, палочковидная, извитая, ветвящаяся.
Различают следующие формы бактерий: кокковидные, палочковидные, извитые и ветвящиеся.
1. Кокковидные бактерии (кокки) - шаровидные или овальные клетки размером 0,5-1,0 мкм. В зависимости от взаимного расположения кокки делятся на:
а) микрококки - отдельно расположенные клетки (энтерококки).
б) диплококки- расположены парами. Например, возбудитель пневмонии - пневмококк; возбудитель гонореи - гонококк; менингита - менингококк.
в) стрептококки- клетки округлой или вытянутой формы, составляющие цепочку.
г) сарцины - имеют вид пакетов из восьми и более кокков.
д) Стафилококки- кокки, расположенные в виде грозди винограда.
2. Палочковидные бактерии (палочки) -различаются по размерам (самые мелкие - риккетсии), форме (короткие-туляримийные, длинные - сибиреязвенные), форме концов клетки (заостренные, закругленные, с утолщениями на концах) и взаимному асположению клеток.
По способности образовывать споры палочки делят на:
а) Бактерии - палочковидные микробы, которые не образуют споры (кишечная, дизентерийная и др.)
б) бациллы - палочковидные бактерии, образующие споры, диаметр которые не превышают диаметр клетки (бациллы сибирской язвы).
в) Клостридии - споры больше диаметра клетки (клостридии ботулизма, толбняка).
3. Извитые формы:
а) Вибрионы - изогнутые палочки, в виде запятой (холерный вибрион).
б) Спириллы- бактерии, имеющие изгибы с одним или несколькими оборотами спирали (болезнь крысиного укуса).
в) Спирохеты - длинные, тонкие, штопорообразной формы бактерии, вызывают у человека такие заболевания, как сифилис, тропическая лихорадка, лептоспироз.
4. Ветвящиеся формы- группа микроорганизмов соединяющих в себе черты бактерий и грибов. Для них характерно нитевидное или палочковидное и кокковидное строение и наличие боковых выростов (возбудители актиномикозов, туберкулеза).
3.Ультраструктурная организация бактерий.
Структура бактериальной клетки хорошо изучена с помощью электронной микроскопии.
Бактериальная клетка имеет обязательные структуры и дополнительные.
К обязательным структурам относятся:
1. клеточная стенка
2. цитоплазматическая мембрана (ЦПМ)
3. цитоплазма с включениями
4. нуклеоид
Дополнительные структуры:
- капсула
- микрокапсула
- жгутики, пили, реснички
- плазмиды
- споры
- др.
4.Основные и дополнительные структуры, их назначение.
Клеточная стенка - прочная, упругая структура.
Функции клеточной стенки:
1. придает определенную форму
2. сдерживает высокое соматическое давление
3. защитная
4. участвует в процессах деления
5. принимает участие в транспорте
III. У Гр+ бактерий стенка толстая, в ней содержится много пептидогликана, способного взаимодействовать с красителем (по Грамму - генциановый фиолетовый + йод) и задерживать его в клеточной стенке, бактерии окрашиваются в сине-фиолетовый цвет.
Клеточная стенка Гр- бактерий содержат мало пептидогликана и не задерживает краситель, а при окраске фуксином они окрашиваются в красный цвет. В состав клеточной стенки Гр- бактерий входит внешняя мембрана, состоящая из липополисахаридов и белков.
Цитоплазматическая мембрана состоит из двойного слоя липидов и интегральных белков.
Функции ЦПМ (цитоплазматической мембраны):
1) участвует в регуляции осмотического давления
2) участвует в транспорте веществ
3) участвует в энергетическом метаболизме клетки
4) участвует в делении клетки
Цитоплазма - занимает основной объем клетки, состоит из воды, белков, РНК, включений и многочисленных рибосом. Она содержит много гликогена, полисахаридов, жирных кислот и полифосфатов (волютина).
Нуклеоид - эквивалент ядра, расположен в цитоплазме в виде двунитчатой ДНК, замкнутой в кольцо и плотно уложенной в клубок. Кроме него могут быть плазмиды, ковалентно замкнутые кольца ДНК.
Капсула - слизистая структура, прочно связанная с клеточной стенкой бактерии. Имеет четкие внешние границы. Капсула препятствует фагоцитозу бактерий. Капсула присуща не всем бактериям и может образовываться при попадании микроба в макроорганизм.
Жгутики - определяют подвижность клетки, содержат белок флагеллин, способный к сокращению.
По расположению жгутиков бактерии делят на:
1) монотрихии - имеют один жгутик
2) амфитрихии - имеют по одному или пучок жгутиков на обоих концах
3) лофотрихии - имеют пучок жгутиков на одном конце
4) перитрихии - жгутики располагаются по всей поверхности клетки.
Ворсинки или пили (фибрии) – нитевидные образования более тонкие и короткие, чем жгутики. Они ответственны за прикрепление бактерии к пораженной клетке, за питание и водно-солевой обмен.
Споры - своеобразная форма покоящихся ГР.+ клеток, образуются во внешней среде при неблагоприятных условиях существования клетки (высушивание, дефицит питательных и др.). Споры могут долго хранится в почве (возбудители сибирской язвы и столбняка- десятки лет). При благоприятных условиях споры прорастают, образуя из 1 споры- 1 бактерию.
6. Морфология спирохет.
Спирохеты (speira —виток, изгиб, chaite —волосы) представляют собой спирально извитые подвижные микроорганизмы, объединённые в порядок Spirochaetales, семейство Spirochoutaceae, включающее 3 рода: Borrelia, Treponema, Zeptospira.
Спирохеты обладают признаками истинных бактерий и простейших. Спирохеты имеют форму длинных тонких спирально извитых клеток, длиной от 5 до 500 мм, шириной 0,2-0,75 мкм. В структурном отношении клетка спирохеты представляет собой цитоплазматический цилиндр, ограниченный ЦПМ и покрытый клеточной стенкой.
У клетки имеется двигательный фибриллярный аппарат, в цитоплазме содержится нуклеоид, рибосомы, лизосомы и включения. Спор и капсул не образуют. Форма, количество завитков и характер движения у спирохет различны и являются поэтому важными дифференциальными признаками, позволяющими определить принадлежность к роду.
Среди спирохет имеются сапрофиты (свободно живущие формы - в водоёмах), комменсалы -представители нормальной микрофлоры человека и паразитические формы, патогенные для человека: бледная трепонема - возбудитель сифилиса, лентоспиры - возбудитель лептоспироза, боррелии - возбудители возвратных тифов.
Морфологию спирохет изучают в световом микроскопе в окрашенных препаратах по методу Романовского - Гимзы: сапрофиты окрашиваются в синий цвет, бледная трепонема и лептоспиры - в розовый (бледно розовыйО, а боррелии - в сине-фиолетовый. Морфологию спирохет изучают в живом состоянии, путём микроскопии препаратов «висячая» или «раздавленная» капля в тёмном поле зрения (х 40, опустить конденсор вниз), дифференцируя различные виды спирохет по характеру движения, которое типично и стабильно для каждого вида, а именно: бледная трепонема обладает маятникообразным раскачиванием и плавным медленным сгибанием и разгибанием под углом; для боррелий типично толчкообразное или змеевидное движение; для лептоспир 1)быстрое прямолинейное движение, 2)движение по кругу и 3)вращение на месте. Этот метод (темнопольная микроскопия) является основным при диагностике заболеваний, вызванных патогенными спирохетами.
Морфология риккетсий.
Риккетсии занимают промежуточное положение между бактериями и вирусами. Представляют собой грам- прокариоты, мелкие, размеры не превышают 1,5 мкм. Как правило, они не способны расти на искусственных питательных средах, т.е. являются облигатными паразитами. Отличаются выраженным полиморфизмом, образуя кокковидные, палочковидные, нитевидные формы.
Располагаться могут одиночно, по двое, или в виде коротких цепочек. Электронно-микроскопические исследования показали, что риккетсии не имеют жгутиков, не образуют спор и капсул. Исключение: у риккетсии Провачека отмечается наличие наружного слизеподобного слоя, сходного с бактериальной капсулой. По своей ультраструктуре риккетсии сходны с грам- бактериями. Их клетки содержат клеточную стенку, ЦПМ, цитоплазму, в которой находятся нуклеоид, рибосомы и лизосомы. Большинство риккетсии обитает в организме членистоногих. Некоторые виды патогенны для человека и животных и вызывают заболевания, называемые риккетсиозами (например, риккетсии Провачека вызывают сыпной тиф, риккетсии конозии - марсельскую лихорадку и т.д.) Морфологию риккетсии изучают в световом микроскопе в препаратах, окрашенных по методу Романовского - Гимзе по способу Здродовского или Хименеса, а также в фазово-контрастном микроскопе.
Морфология хламидий.
Хламидии или гальпровии относятся к облигатным внутриклеточным кокковидным грам- бактериям. Геном хламидии содержит в 4 раза меньше генетической информации, чем геном кишечной палочки. Хламидии размножаются только в живых клетках: их рассматривают как энергетических паразитов. По - видимому, у хламидии отсутствует система регенерации АТФ. Вне клеток (хозяина) хламидии имеют сферическую форму (О,3мкм), являясь элементарными тельцами. Внутри клеток они превращаются в делящиеся ретикулярные тельца, образуются их скопления - включения. Подобно бактериям хламидии имеют клеточную стенку с пептидоглюканами, рибосомы, РНК и ДНК, большое количество ферментов (ферментируют глюкозу с образованием СО2), нуклеоид. Размножаются они как и бактерии путём поперечного деления. Новобразованные мелкие частицы могут выходить из клетки хозяина и инфицировать новые клетки. Цикл развития занимает 24-48 часов. Хламидии, подобно риккетсиям, обладают свойством особым образом воспринимать окраску; Эта способность меняется на разных стадиях развития. Одиночные зрелые частицы («элементарные тельца») по Романовскому-Гимзе окрашиваются в пурпурный цвет, который хорошо контрастирует с синим цветом цитоплазмы клеток хозяина. Крупные неинфекционные тельца (первоначальные тельца) окрашиваются по Романовскому - Гимзе в синий цвет. Окраска по Граму даёт отрицательные или вариабельные результаты, поэтому данный метод не имеет ценности при идентификации возбудителей. У человека хламидии вызывают трахому, орнитоз и др.
Морфология микоплазм.
Микоплазмы отнесены в царство Procaryotes, класс Mollicutes (мягкокожие), пор. Mycoplasmatales, семейство Mycoplasmataceae, объединяющее 2 рода l)Mycoplasma (35 видов) и 2)Ureaplasma urealyficum и семейство Acholeplasmataceae и род Achooleplasma (5 видов). Микоплазмы имеют строение прокариотов, но у них отсутствует клеточная стенка. Это - мелкие бактерии, окружённые цитоплазматической мембраной. Этим объясняется их полиморфизм. Из-за отсутствия клеточной стенки микоплазмы осмотически чувствительны и имеют разнообразную форму: кокковидную, нитевидную, колбовидную, гранул в виде крошечных кокков и элементарных телец, крупных шаров, колец, палочек, ветвящиеся или мицелиапьные формы и др. Эти формы видны при фазово-контрастной микроскопии чистых культур микоплазм. Размеры микоплазм варьируют от 125-250нм у гранулярных форм до 0,4-150мкм у нитевидных структур. Жгутиков, капсул, спор не образуют. По Граму окрашиваются отрицательно. В световом микроскопе обнаруживаются лишь самые большие формы микоплазм. В живом состоянии их изучают в тёмном поле и фазово-контрастном микроскопе, ультраструктурные элементы выявляют при помощи электронной микроскопии. Патогенные микоплазмы вызывают хронические инфекции. M.pneumoniae вызывают у человека заболевания по типу острой респираторной инфекции. Микоплазмы вызывают заболевания и у животных, и у растений. Достаточно широко распространены и непатогенные микоплазмы (в почве, в воде, на гниющих субстратах).
Морфология актиномицет.
Актиномицеты - это ветвящиеся грам+ бактерии. Актиномицеты (actis - луч, mykes - гриб) - «лучистые грибы» - это многочисленная группа микробов, включённых в порядок Actinomycefales, включающий 3 семейства: Actinomycetaceae, Strepfomycefaceae, Nocardiaceae. Антиномицеты имеют вид палочек, небольших разветвлённых нитей (ceм. Actinomycefaceae) или длинных тонких несептированных ветвящихся гиф (ceм.Streptomycefaceae). Клетки актиномицет имеют те же структурные элементы, что и бактерии: клеточную стенку, ЦПМ, нуклеоид, рибосомы, мезосомы, внутриклеточные включения. Некоторые актиномицеты образуют микрокапсулу; жгутиков не имеют, истинных спор не образуют. На концах некоторых актиномицетов образуются одна или несколько экзоспор, которые являются органами плодоношения. Спороносцы актиномицетов прямые, волнистые и спиральные; споры крупные овальные и цилиндрические с гладкой волосистой, бородавчатой или шиловидной поверхностью. Актиномицеты, как и грибы, образуют мицелий —нитевидные переплетающиеся клетки (гифы). Они формируют субстратный лицелий, образующийся в результате врастания мицелия в питательную среду, и воздушный, растущий на поверхности среды. Спороносцы располагаются на концах гифов. Гифы актиномицет могут распадаться на палочки и кокки. Размеры актиномицет колеблются от 5,0- 7,0 до 100 мкм и более в длину и 0,5-2 мкм в ширину. Легко окрашиваются многими анилиновыми красителями грам+. Размножаются простым поперечным делением, путём прорастания гиф и спор, почкованием. Роль актиномицет. В почве они участвуют в разложении сложных веществ (клетчатки, неорганических полимеров). Стрептомицеты продуцируют антибиотики. Ряд видов обитает в ротовой полости, дыхательных путях, кишечнике и на коже человека. Они вызывают образование зубного налёта, зубного камня, но и играют роль фактора антиинфекционной защиты, так как являются антагонистами бактерий, микоплазм и грибов. Патогенные актиномицеты вызывают у человека актиномикоз и нокардиоз.
Литература:
1. Воробьёв А.А.
Медицинская микробиология, вирусология и иммунология. Издательство: МИА, 2011.
2. Алешукина А.В.
Медицинская микробиология: Учебное пособие. – Ростов н\д: Феникс, 2010
3. Черкес Ф.К., Богоявленская Л.Б.. Бельская Н.А.
Микробиология / Под ред. Ф.К. Черкес – 2-е изд., стереотипное. – М.: ООО «Издательский дом Альянс», 2011. – 512 с.: ил.