Введение

Микробиология Ї наука о мельчайших, невидимых невооруженным глазом организмах, названных микробами или микроорганизмами. Она изучает закономерности их жизни и развития, а также изменения, вызываемые ими в организме людей, животных, растений и в неживой природе. Развитие микробиологии, как и других научных дисциплин, находится в тесной зависимости от способов производства, запросов практики, общего прогресса науки и техники.

Целью микробиологии как науки есть изучение систематики, морфологии (формы и строения) и физиологии (жизнедеятельности) микроорганизмов, методов их выделения и распознавания, а также выяснения их значения в природе и возможностей применения в различных сферах деятельности человека.

Микробиологический контроль на пищевых производствах представляет собой все методы исследования и контроля, связанные с определением степени бактериальной обсеменённости контролируемого объекта, а также методы количественного учёта микрофлоры.

Морфология бактерий

Форма бактерий

Подавляющее большинство известных бактерий имеют форму или сферы (шаровидные), или цилиндра (палочковидные), или спирали. Шаровидные бактерии (рис. 1.) бывают одиночными (кокки), соединенными по две клетки (диплококки), по четыре клетки (тетракокки), в длинные цепочки (стрептококки), в пакеты (сарцины), в виде скоплений неправильной формы (стафилококки). Палочковидные бактерии (рис. 1.) различаются по величине отношения длины клетки к ее поперечному размеру. У коротких палочек это отношение так мало, что их трудно отличить от кокков они подразделяются на бактерии (не образующие споры) и бациллы (образующие споры). Бактерии спиралевидной формы характеризуются разным числом витков спириллы имеют от одного до нескольких витков, вибрионы выглядят как изогнутые палочки, их можно рассматривать как неполный виток спирали.

С развитием микроскопической техники и усовершенствованием методов подготовки препаратов открыты другие экзотические формы бактерий. Некоторые бактерии имеют вид сомкнутого или разомкнутого кольца, у некоторых видны клеточные выросты (простеки), число которых колеблется от 1 до 8 и больше, обнаружены бактерии червеобразной формы, похожие на кристаллы, и т.п.

Строение бактериальной клетки

Бактериальная клетка имеет очень сложную гетерогенную и вместе с тем строго упорядоченную структуру. В общих чертах строение бактериальной клетки не отличается от строения клетки высших организмов. Клетка как универсальная единица жизни оказалась настолько совершенной формой организации живой материи, что в процессе эволюции от одноклеточных до высших многоклеточных организмов она сохранила все основные черты своего строения, а, следовательно, и функции.

Рисунок 1. Формы бактерий. Шаровидные: а - микрококки, б - стрептококки, в - диплококки, г - стафилококки, д - сарцины; палочковые: е - бактерии, ж - быциллы, з,и - извитые, к - спириллы.

На рис. 2. представлена схема строения бактериальной клетки известного цитолога В.И. Бирюзовой. Форма бактериальной клетки определяется жесткой (ригидной) клеточной стенкой, которая придает клетке определенную, наследственно закрепленную внешнюю форму. На клеточной стенке бактерий находятся так называемые поверхностные структуры: капсула, жгутики, половые ворсинки, реснички. Под клеточной стенкой расположена цитоплазматическая мембрана (ЦПМ), которая отграничивает цитоплазму клетки. Цитоплазматическая мембрана вместе с цитоплазмой называется протопластом. Все слои, располагающиеся с внешней стороны от цитоплазматической мембраны, называют клеточной оболочкой.

Клеточная стенка.

У прокариот клеточная стенка состоит из пептидогликана, которого нет в эукариотных клетках. В зависимости от строения клеточной стенки прокариоты подразделяются на две группы: грамположительные и грамотринательные. Такое подразделение основано на различии в способе окраски, предложенном в 1884 г. датским ученым X. Грамом. Клеточные стенки грамположительных и грамотрицательных прокариот резко различаются как по химическому составу, так и по ультраструктуре.

Рис. 2. Схема строения бактериальной клетки: О - оболочка клетки; ЦМ - цитоплазматическая мембрана; М - митохондрия (мезосома); Ж- жировые включения; ЯВ - ядерная вакуоль; ДНК - нити ДНК; ЭС - эргастоплазматическая система; Р - рибосомы; В - волютин; Г - гликоген

В клеточной стенке грамположительных бактерий содержится 50... 90 % пептидогликана, грамотрицательных бактерий -- 1... 10 % пептидогликана. Кроме пептидогликана в клеточной стенке грамположительных прокариот содержатся уникальные химические соединения -- тейхоевые кислоты. На долю клеточной стенки прокариот приходится от 5 до 50 % сухих веществ клетки.

Клеточная стенка прокариот выполняет разнообразные функции: механически защищает клетку от воздействий окружающей среды, обеспечивает поддержание ее внешней формы, дает возможность клетке существовать в гипотонических растворах. В клеточной стенке расположены каналы, или диффузионные поры, для пассивного транспортирования веществ и ионов в клетку.

Клеточная стенка препятствует проникновению в клетку токсических веществ. На внешней стороне клеточной стенки расположено много макромолекул, контактирующих с окружающей средой: специфические рецепторы для фагов, антигены, макромолекулы, обеспечивающие межклеточные взаимодействия при конъюгации, а также между патогенными бактериями и клетками и тканями высших организмов.

Поверхностные структуры.

У бактерий снаружи клеточной стенки есть капсула (рис. 3.) -- слизистое образование, обволакивающее клетку, сохраняющее связь с клеточной стенкой и имеющее аморфное строение. В зависимости от толщины капсулы бывают микрокапсулы (толщина меньше 0,2 мкм) и макрокапсулы (толщина больше 0,2 мкм). Капсулы защищают клетку от механических повреждений, высыхания, создают дополнительный осмотический барьер, служат препятствием для проникновения фагов. Иногда капсула служит источником запасных питательных веществ. Слизь помогает прикреплению клеток к различным поверхностям. В настоящее время способность некоторых бактерий синтезировать капсулы (своеобразные внеклеточные полимеры) используют на практике в качестве заменителей плазмы крови и для получения синтетических пленок.

Рис 3.

Многие бактерии неподвижны, если же они способны передвигаться, то это движение обеспечивается жгутиками - структурами, расположенными на поверхности клеток. Число, размеры и расположение жгутиков, как правило, являются признаком, постоянным для Данного вида (рис. 4.), и имеют таксономическое значение. Без жгутиков способны передвигаться только скользящие бактерии и спирохеты. Обычно толщина жгутика составляет 15-20 нм, длина 3-15 мкм. Бактерии со жгутиками могут двигаться очень быстро, например Bac. megaterium со скоростью 16 мм/мин, Vibro cholerae - 12 мм/мин.

Рис. 4.

При полярном расположении жгутиков они действуют подобно корабельному винту и проталкивают клетку в окружающей жидкой среде. Вращательное движение жгутика происходит за счет базального тела. Жгутики вращаются сравнительно быстро. У спирилл они совершают около 3000 об/мин, что близко к скорости среднего электромотора. Вращение жгутиков вызывает и вращение клетки с 1/3 этой скорости в противоположном направлении.

Перитрихиально расположенные жгутики Е. coli работают как один хорошо скоординированный спиральный пучок и проталкивают клетку через среду обитания (рис. 4.).

Изучение жгутиков в электронном микроскопе показало, что они состоят из трех частей (рис. 5.). Основную массу жгутика составляет длинная спиральная нить (фибрилла), переходящая у поверхности клеточной стенки в утолщенную изогнутую структуру -- крючок. Нить с помощью крючка прикреплена к базальному телу, которое представляет собой систему из двух или четырех колец (L, Р, Sw. M), нанизанных на стержень, являющийся продолжением крючка.

Рис. 5.

В последнее время достигнуты большие успехи в расшифровке механизма движения прокариот. Прокариотная клетка обладает механизмом, позволяющим превращать электрохимическую энергию непосредственно в механическую. Кроме жгутиков на клеточной стенке прокариотной клетки могут быть половые ворсинки и реснички в виде различной длины выростов (рис. 6).

Рис. 6. Типы волосинок E.coli: F - жгутики, S - половые ворсинки (F-like sexpili), C - реснички.

Цитоплазматическая мембрана.

Под клеточной стенкой расположена цитоплазматическая мембрана, являющаяся обязательным структурным элементом любой клетки, нарушение целостности которого приводит к потере клеткой жизнеспособности. На долю ЦПМ приходится 8... 15 % сухого вещества клетки. ЦПМ -- это белково-липидный комплекс и небольшое количество углеводов.

ЦПМ выполняет разнообразные функции с помощью специальных переносчиков, называемых транслоказами. Через мембрану осуществляется специальный перенос различных органических и неорганических молекул и ионов.

В ЦПМ локализованы многие ферменты. ЦПМ является основным барьером, обеспечивающим избирательное поступление в клетку и выход из нее разнообразных веществ и ионов.

У прокариот описаны локальные впячивания ЦПМ, которые называются мезосомами. Мезосомы различаются размерами, формой и локализацией в клетке. Считается, что с мезосомами связано усиление энергетического метаболизма клеток.

Цитоплазма.

Содержимое клетки, окруженное ЦПМ, называется цитоплазмой. Цитоплазма имеет гомогенную консистенцию и содержит набор растворимых РНК, ферментов, продуктов и субстратов метаболических реакций. В цитоплазме расположены разнообразные структуры: рибосомы, генетический аппарат (ДНК) и включения разной химической природы и функционального назначения.

Рибосомы -- рибонуклеопротеидные частицы размером 15-20 нм. Их число в клетке зависит от интенсивности процесса синтеза белка. В быстрорастущей клетке Escherichia coli содержится приблизительно 15000 рибосом. Синтез белка осуществляется агрегатами, состоящими из рибосом, молекул информационных и транспортных РНК, называемых полирибосомами. Генетический аппарат прокариотной клетки представлен одной молекулой ДНК, имеющей форму ковалентно замкнутого кольца и получившей название бактериальной хромосомы. Длина молекулы ДНК в развернутом виде может составлять более 1 мм, т.е. почти в 1000 раз превышать длину бактериальной клетки. Генетический аппарат прокариотной клетки называют нуклеоидом.

В цитоплазме прокариот расположены различные включения, часть которых выполняет функцию запасных питательных веществ, представленных полисахаридами, липидами, полипептидами, полифосфатами, отложениями серы. Полисахариды -- это гликоген, крахмал, гранулеза (крахмалоподобное вещество). Чаще встречаются у представителей анаэробных споровых бактерий группы клостридиев. В неблагоприятных условиях они используются в качестве источников углерода и энергии. Липиды накапливаются в виде гранул, состоящих из полимера в-оксимасляной кислоты. У некоторых прокариот, окисляющих углеводороды, поли-в-оксимасляная кислота составляет до 70 % сухого вещества клетки.

Липиды служат для клетки хорошим источником углерода и энергии. Полифосфаты, также накапливающиеся в виде гранул, называются волютиновыми и используются клетками как источник фосфора. Для бактерий, осуществляющих хемосинтез за счет окисления сероводорода, характерно накопление в клетках молекулярной серы. Все накопленные (запасные) вещества, представленные в виде высокомолекулярных полимерных молекул, отграничены от цитоплазмы белковой мембраной.

Пигменты бактерий

Колонии многих бактерий ярко окрашены. Способность к синтезу пигментов обусловлена генетически. Среди пигментов бактерий встречаются каротиноиды, феназиновые красители, пирролы, азахиноны, антоцианы и др.

Пигменты защищают клетки от светового повреждения и используют свет для фотосинтеза. У многих микроорганизмов образование пигмента идет только на свету. Например, ярко-красная окраска колоний у Serratia marcescens обусловлена присутствием пигмента продигиозина. Бактерии Pseudomonas indigofem, Cotynebacterium insidiosum, Arthrobacter atrocyaneus и др. синтезируют индигоидин -- нерастворимый в воде синий пигмент, выделяемый в среду. Chromobacterium violaceum образует сине-фиолетовый пигмент виолацеин, нерастворимый в воде. Виолацеин является производным индола, образующегося при окислении триптофана. Pseudomonas aeruginosa образует пигмент никс-пиоцианин. Различные штаммы псевдомонад образуют такие пигменты, как Феназин-1-карбоновую кислоту, оксихлорофин, иодинин, а иногда все пигменты вместе.

Все пигменты относятся к вторичным метаболитам, т.е. они не принадлежат к тем соединениям, которые имеются у всех организмов, и являются производными обычных метаболитов или структурных компонентов клетки. Некоторые пигменты обладают антибиотическими свойствами, так что многие пигментированные микроорганизмы являются продуцентами антибиотиков.

Рост и способы размножения бактерий

Рост прокариотной клетки -- это согласованное увеличение количества всех химических компонентов, из которых она построена. Рост является результатом множества скоординированных биосинтетических процессов, находящихся под строгим регулярным контролем, и приводит к увеличению массы и размеров клетки. Рост клетки не беспределен. После достижения определенных (критических) размеров клетка подвергается делению. Для большинства прокариот характерно равновеликое бинарное поперечное деление, приводящее к образованию двух одинаковых дочерних клеток.

У большинства грамположительных бактерий деление происходит путем синтеза поперечной перегородки, идущей от периферии к центру. Поперечная перегородка формируется из ЦПМ и пептидогликанового слоя. Наружные слои синтезируются позднее.

Клетки большинства грамотрицательных бактерий делятся путем перетяжки. Например, у Е. coli на месте деления обнаруживается постепенно увеличивающееся и направленное внутрь искривление ЦПМ и клеточной стенки.

Вариантом бинарного деления является почкование, при котором на одном из полюсов материнской клетки образуется маленький вырост (почка), увеличивающийся в процессе роста. Постепенно почка достигает размеров материнской клетки и отделяется от нее. Почкующиеся клетки подвергаются старению. При равновеликом бинарном делении материнская клетка дает начало двум дочерним клеткам, а сама исчезает. При почковании материнская клетка дает начало дочерней клетке и между ними можно обнаружить морфологические различия. Деление прокариотной клетки начинается, как правило, спустя некоторое время после завершения цикла деления ДНК.

Спорообразование бактерий

Вегетативные клетки многих прокариот для перенесения неблагоприятных условий образуют специальные клетки (эндоспоры), обладающие повышенной устойчивостью. В основе морфологического дифференцирования лежат биохимические процессы, запрограммированные соответствующей генетической информацией. Образование эндоспор происходит у прокариот и грибов.

Эндоспора формируется внутри материнской клетки (спорангия), обладает специфическими структурами: многослойными белковыми покровами, наружной и внутренней мембранами, кортексом (рис. 7.). Эндоспоры устойчивы к повышенным температурам, дозам радиации, которые детальны для вегетативных клеток. К спорообразующим бактериям относится большое число прокариот из 15 родов, среди которых есть палочковидные, сферические, спириллы и нитчатые организмы. Все они имеют клеточную стенку, характерную для грамположительных прокариот. В каждой бактериальной клетке образуется, как правило, одна эндоспора.

Лучше всего процесс спорообразования изучен у представителей родов Bacillus и Clostridium. Перед спорообразованием происходит деление ДНК вегетативной клетки. Образуется тяж вдоль длинной оси клетки, затем приблизительно 1/3 тяжа отделяется и переходит в формирующуюся спору в одном из полюсов клетки. Затем происходит уплотнение цитоплазмы, которая вместе с ДНК обособляется от остального содержимого клеток с помощью перегородки. Перегородка формируется путем впячивания ЦПМ от периферии к центру, где срастается, и образуется споровая оболочка. Отсеченный участок «обрастает» второй мембраной и образуется проспора. На следующем этапе между мембранами проспоры начинает формироваться кортекс, а снаружи синтезируются споровые покровы, состоящие из нескольких слоев.

Рис. 4 а и б -образование септы, в и г -окружение протопласта споры протопластом материнской клетки, д образование кортекса и оболочек споры; е -схема строения зрелой споры: 1 - экзоспориум, 2 - наружная оболочка споры; 3 - внутренняя оболочка споры, 4 - кортекс; 5 -клеточная стенка зародыша, 6 -цитоплазматическая мембрана, 7 -- цитоплазма с ядерным веществом

У многих бактерий поверх покровов эндоспоры формируется еще одна структура -- экзоспориум, структура которого зависит от вида бактерий. У прокариот из рода Clostridium обнаружены придатки на экзоспориуме различного строения, иногда весьма причудливого (рис. 8.). Функциональное значение этих выростов не выяснено.

Эндоспоры прокариот характеризуются очень низким уровнем метаболизма, они очень устойчивы к воздействию факторов внешней среды: высоким и низким температурам, обезвоживанию, литическим факторам, высокой кислотности среды, радиации, механическим воздействиям и т. п. Механизмы устойчивости эндоспор пока мало изучены. Считается, что эндоспорам прокариот придают устойчивость обезвоженное состояние цитоплазмы, термостойкость споровых ферментов, наличие дипиколиновой кислоты и большое количество двухвалентных катионов. Устойчивости эндоспор способствуют также поверхностные структуры: мембраны, кортекс, покровы, механически защищающие содержимое эндоспоры от проникновения извне агрессивных веществ.

Сформировавшиеся покоящиеся эндоспоры могут находиться в жизнеспособном состоянии в течение разного времени: от нескольких суток до 1000 лет и более. Ниже приводится зависимость выживания спор разных групп бактерий от повреждающих факторов (высокой температуры и высушивания).

Таблица 1

При микроскопическом исследовании эндоспоры хорошо видны. В сомнительных случаях можно использовать специальное окрашивание, Для чего фиксированный препарат надо прокипятить с карболовым раствором фуксина. Эндоспоры прочно связывают краситель и не обесцвечиваются даже при обработке этанолом или уксусной кислотой; все остальное содержимое клетки при этом обесцвечивается.

Эндоспора содержит почти все сухое вещество клетки, но занимает в 10 раз меньший объем. Эндоспоры не являются обязательной стадией жизненного цикла бацилл. При благоприятных условиях питания бациллы могут неограниченное время размножаться делением. Образование эндоспор начинается только тогда, когда не хватает питательных веществ и когда в избытке накапливаются продукты обмена.

В благоприятных условиях большинство эндоспор прорастает. Процент прорастания эндоспор можно увеличить, прогрев одни споры в воде при 60 °С в течение 5 мин, другие -- при 100 °С в течение 10 мин. Тепловой шок должен проводиться непосредственно перед высевом.

В пищевой промышленности для уничтожения термоустойчииых эндоспор бактерий прибегают к дорогостоящей стерилизации пищевых продуктов. Например, если при пастеризации (нагревание при 80 °С в течение 10 мин) пищевых продуктов вегетативные клетки спорообразующих бактерий и все остальные бактерии погибают, то термоустойчивые эндоспоры выдерживают значительно более сильное нагревание, а некоторые споры -- даже кипячение в течение нескольких часов.

Классификация бактерий

По мере описания все новых бактерий появилась острая необходимость систематизировать и сравнивать с известными вновь описываемые культуры. В конце XIX - начале XX в. появились определители бактерий, которые помогают классифицировать, идентифицировать вновь выделенные бактерии по определенным признакам. При классификации основной задачей является определение вида бактерий.

Вид -- это группа близких между собой организмов, имеющих одинаковое происхождение и характеризующихся определенным и морфологическими, биохимическими и физиологическими признаками, способствующими приспособлению к определенной среде обитания.

Виды объединяются в роды, роды -- в семейства, затем следуют порядки, классы, отделы, царства. Вид бактерий описывают с помощью признаков: морфологических, культуральных, физиолого-биохимических и др.

Морфологическими признаками являются форма клетки, наличие или отсутствие жгутиков, капсулы, способность к спорообразованию, окрашивание по Граму.

К культуральным признакам относятся общий вид бактериальной колонии, наличие пигмента и др.

Физиолого-биохимическими признаками являются способ получения энергии, потребности в питательных веществах, отношение к факторам внешней среды и др.

Самым современным определителем для идентификации бактерий является «Краткий определитель бактерий Берги», наиболее полно описывающий известные бактерии. В 8-м издании этого определителя все бактерии, за исключением цианобактерий, сгруппированы в 19 частях. Ниже приводитсяих краткая характеристика:

Часть 1. Фототрофные бактерии. В этой части сгруппированы фотосинтезирующие бактерии, характеризующиеся специфическим набором пигментов и особым типом фотосинтеза: пурпурные бактерии и зеленые серобактерии. Пигменты представлены различными видами бактериохлорофилла и каротиноидами. Фотосинтез не сопровождается выделением кислорода. Это преимущественно водные микроорганизмы.

Часть 2. Скользящие бактерии. В состав бактерий этой части отнесены два порядка: миксобактерии (Mixobacteriales) и цитофаги (Cytoppagales). К первому порядку относятся бактерии, образующие слой слизи вокруг клетки. Бактерии подвижны. Миксобактерии образуют так называемые плодовые тела, внутри которых клетки переходят в покоящееся состояние. Ко второму порядку относятся бактерии, по типу движения сходные с миксобактериями, но не образующие плодовых тел. В состав порядка входит четыре семейства преимущественно водных бактерий.

Часть 3. Хламидобактерии. В состав этой части входят нитевидные бактерии, окруженные общим влагалищем, слизистой оболочкой. Влагалище состоит из гетерополисахарида, часто инкрустированного окислами железа или марганца. Встречаются в водоемах и почве.

Часть 4. Почкующиеся и (или) стебельковые бактерии. В состав этой части входят бактерии, образующие придатки (стебельки), состоящие из слизи и не связанные с цитоплазмой клетки, а также бактерии, образующие нитевидные клеточные выросты -- простеки. Бактерии широко распространены в почве и водоемах.

Часть 5. Спирохеты. Эта часть объединяет бактерии, имеющие вид тонких спиралевидных одноклеточных форм. Многие бактерии патогенны, вызывают сифилис, возвратный тиф.

Часть 7. Грамотрицательные аэробные палочки и кокки. В эту часть бактерий входят пять семейств, одно из которых -- Pseudomonas --широко распространено в природе: в воздухе, почве, морских и пресных водах, илах, сточных водах, в пищевых продуктах. В последних бактерии этого семейства вызывают порчу.

Часть 8. Грамотрицательные факультативно-анаэробные палочки. В состав этой части входят два семейства: энтеробактериацеа (Enterobacteriaceae) и вибрионацеа (Vibrionaceae). Энтеробактериацеа представляет собой Грамотрицательные, бесспоровые, аэробные или факультативно-анаэробные палочки. Наиболее изученными представителями этого семейства являются бактерии Escherichia coli, которые всегда содержатся в кишечнике человека и животных, поэтому о загрязнении воды и пищевых продуктов судят по наличию в них Е. coli. E. coli относятся к числу условнопатогенных бактерий. К числу возбудителей тяжелых кишечных заболеваний человека принадлежат бактерии этого семейства из родов сальмонелла (Salmonella) и шигелла (Shigella). Бактерии Salmonella typhi являются возбудителями брюшного тифа. Бактерии рода Shigella -- возбудители бактериальной дизентерии. К семейству вибрионацеа (Vibrionaceae) относятся бактерии вида Vibrio cholerae -- возбудители азиатской холеры.

Часть 9. Грамотрицательные анаэробные бактерии. Бактерии, сгруппированные в этой части, относятся к семейству Bacteroidaceae. Все они представляют собой палочки; это облигатные анаэробы. Основное место обитания этих бактерий -- кишечник человека и животных, пищеварительный тракт насекомых. Некоторые виды являются патогенными и вызывают различные поражения кожи, ряда органов и тканей тела.

Часть 13. Метанобразующие бактерии. Эта часть представлена одним семейством -- Methanobacteriaceae. Все бактерии однородны по физиологическим признакам: это облигатные анаэробы; главный продукт энергетического обмена -- метан. Основные места обитания -- болота, различные очистительные сооружения, рубец жвачных животных.

Часть 14. Грамположительные кокки. К этой части относятся две группы. Первая группа -- аэробные и (или) факультативноанаэробные бактерии семейств Micrococcaceae и Streptococcaceae. Вторая группа -- облигатные анаэробы семейств Peptococcaceae. Бактерии семейства Micrococcaceae -- это кокки, делящиеся более чем в одной плоскости, иногда не расходятся, образуя скопления сферической или неправильной формы. Энергию получают за счет дыхания или брожения. В основном это сапрофиты, разрушающие многие сложные органические вещества и выполняющие функцию «мусорщиков». Многие из них являются возбудителями порчи пищевых продуктов. Среди них есть патогенные формы, относящиеся к роду Staphylococcus. Развиваясь на пищевых продуктах, вырабатывают токсины, вызывающие отравления.

Бактерии семейства Streptococcaceae -- это кокки, неподвижные, бесспоровые, факультативно-анаэробные. Бактерии родов Streptococcus, Pediococcus, Aerococcus являются гомоферментативными молочнокислыми; бактерии рода Leuconostoc -- гетероферментативными молочнокислыми.

Бактерии семейства Peptococcaceae -- это облигатно-анаэробные кокки, обитающие в почве, на поверхности злаков, в ротовой полости, желудочно-кишечном тракте, дыхательных путях человека и животных; некоторые виды являются патогенными.

Часть 15. Палочки и кокки, образующие эндоспоры. Эта часть представлена одним семейством -- Bacillaceae, в состав которого входит пять родов. Два из них -- бациллы (Bacillus) и клостридии (Clostridium) -- наиболее многочисленны и представляют наибольший интерес. Бациллы -- это палочковидные бактерии; большинство из них подвижны; образуют эндоспоры; облигатные или факультативные аэробы. Бациллы синтезируют различные литические ферменты, расщепляющие белки, жиры, полисахариды и другие макромолекулы. Некоторые виды образуют антибиотики. Большинство сапрофиты. Основным местом обитания является почва. Многие бациллы являются возбудителями порчи пищевых продуктов. Среди них есть патогенные для человека и животных виды, например Bacillus anthracis -- возбудитель сибирской язвы.

В состав рода Clostridium входят палочки, отличающиеся от бацилл формой спорообразования и облигатно-анаэробным способом существования. Вызывают маслянокислое брожение, большинство клостридий -- сапрофиты, обитатели почвы. Некоторые виды живут в кишечнике человека и животных, например Cl. teteni -- возбудитель столбняка, Cl. perfringens -- возбудитель газовой гангрены, CL botulinum -- продуцент экзотоксина, одного из самых сильных биологических ядов.

Часть 16. Грамположителъные аспорогенные палочковидные бактерии. Эта часть также представлена одним семейством -- Lactobacillaceae, в состав которого входит один род -- Lactobacillus. Бактерии получают энергию за счет гомоферментативного или гетероферментативного молочнокислого брожения, широко распространены в природе: в почве, на разлагающихся остатках животного и растительного происхождения, в кишечнике позвоночных, в молоке, молочных продуктах. Встречаются патогенные формы. Многие бактерии используются при изготовлении кисломолочных продуктов, сыров, квашения овощей, теста и др.

Часть 17. Актиномицеты и родственные организмы. Эта часть объединяет коринебактерии, пропионово-кислые бактерии и актипомицеты.

Из существующих видов пропионово-кислых бактерий наибольший интерес в микробиологии продовольственных товаров представляет вид Propionibacterium freudenreichii рода Propionibacterium. Бактерии этого рода -- грамположительные неподвижные палочки, не образующие спор. Это облигатные анаэробы. Пропионово-кислые бактерии широко используются при производстве сыров.

К актиномицетам относятся бактерии, образующие ветвящиеся нити, иногда развитый мицелий. Имеют разные способы размножения. Большинство актиномицетов размножаются с помощью спор, образующихся на спорангиях, которые могут быть длинные пли короткие, прямые или спиралевидные с разным числом завитков и расположением. Актиномицеты представлены двумя семействами: Mycobacteriaceae и Streptomycetaccae. Семейство Mycobacteriaceae представлено одним родом -- Mycobacterium, характерным признаком которого является образование ветвящихся форм в молодом возрасте.

Большинство микобактерий являются сапрофитами, живут в почве и используют самые различные органические соединения: белки, углеводы, жиры, воска, парафины. Некоторые виды патогенны, например М. tuberculosis -- возбудитель туберкулеза, М. leprae -- возбудитель проказы.

Представители семейства Streptomycetaceae образуют хорошо развитый воздушный мицелий, размножаются спорами, формирующимися на концах гиф, кусочками мицелия. Их около 500 видов. Многие стрептомицеты синтезируют антибиотики, которые проявляют активность против бактерий, грибов, водорослей, простейших, фагов и обладают противоопухолевым действием.

Часть 18. Риккетсии. В состав этой части входят два порядка бактерий -- риккетсии (Rickettsiales) и хламидии (Chlamydiales).

Риккетсии -- это неподвижные бактерии, грамотрицательньк размножаются только в клетках хозяев, вызывая риккетсиозы. Есть непатогенные виды.

Часть 19. Микоплазмы. К микоплазмам относятся прокариот у которых отсутствует клеточная стенка, они ограничены одно трехслойной мембраной. Клетки очень мелкие, иногда ультрамикроскопические, плеоморфные. Способ размножения не вполне ясен; по-видимому, происходит за счет образования кокковидных структур «элементарных телец», возможно бипарное деление и размножение почкованием. Стадии покоя неизвестны. По объему генетической информации, содержащейся в геноме, микоплазмы занимают промежуточное положение между Е. coli и Т-фагами.

Эукариоты и прокариоты . Большинство микроорганизмов - одноклеточные существа. Микробная клетка отделена от внешней среды клеточной стенкой, а иногда лишь цитоплазматической мембраной и содержит различные субклеточные структуры. Существуют два основных типа клеточного строения, которые отличаются друг от друга рядом фундаментальных признаков. Это эукариотические и прокариотические клетки. Микроорганизмов, имеющих истинное ядро, называют эукариотами (эу - от греч. истинный, карио - ядро). Микроорганизмы с примитивным ядерным аппаратом относятся к прокариотам (доядерным).

К эукариотам принадлежат грибы, водоросли и простейшие. По строению они сходны с растительными и животными клетками. Бактерии и сине-зеленые водоросли (цианобактерии) относят к прокариотам.

В эукариотической клетке имеется ядро, отделенное от окружающей его цитоплазмы двухслойной ядерной мембраной с порами. В ядре находятся 1-2 ядрышка - центры синтеза рибосомальной РНК и хромосомы - основные носители наследственной информации, состоящие из ДНК и белка. При делении хромосомы распределяются между дочерними клетками в результате сложных процессов - митоза и мейоза. Цитоплазма эукариот содержит митохондрии, а у фотосинтезирующих организмов - и хлоропласты. Цитоплазматическая мембрана, окружающая клетку, переходит внутри цитоплазмы в эндоплазматическую сеть; имеется также мембранная органелла - аппарат Гольджи.

Прокариотические клетки устроены проще. В них нет четкой границы между ядром и цитоплазмой, отсутствует ядерная мембрана. ДНК в этих клетках не образует структур, похожих на хромосомы эукариот. Поэтому у прокариот не происходят процессы митоза и мейоза. Большинство прокариот не образует внутриклеточных органелл, ограниченных мембранами.

Кроме того, в прокариотических клетках нет митохондрий и хлоропластов.

Ниже рассматривается строение только прокариотической (бактериальной) клетки, так как строение эукариотической клетки освещено в соответствующих курсах ботаники и зоологии.

Форма бактерий . Бактерии, как правило, являются одноклеточными организмами, клетка их имеет довольно простую форму, представляет собой шар или цилиндр, иногда изогнутый. Размножаются бактерии преимущественно делением на две равноценные клетки.

Бактерии шаровидной формы называются кокками (лат, coccus - зерно) и могут быть сферическими, эллипсоидальными, бобовидными и ланцетовидными.

По расположению клеток относительно друг друга после деления кокки подразделяют на несколько форм. Если после деления клетки расходятся и располагаются поодиночке, то такие формы называют монококками. Иногда кокки при делении образуют скоплений, напоминающие виноградную гроздь. Подобные формы относятся к стафилококкам. Кокки, остающиеся после деления в одной плоскости связанными парами, называются диплококками, а образующие различной длины цепочки - стрептококками (рис. 1, 2). Сочетания из четырех кокков, появляющиеся после деления клетки в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, представляют собой тетракокки. Некоторые кокки делятся в трех взаимно перпендикулярных плоскостях, что приводит к образованию своеобразных скоплений кубической формы, называемых сардинами.

Большинство бактерий имеют цилиндрическую, или палочковидную, форму. Раньше все палочковидные формы назывались бациллами (лат. bacillum - маленькая палочка). После 1875 г.,когда немецкий ботаник Ф. Кон открыл существование спор так называемой сенной палочки, палочковидные формы бактерий, образующие споры, стали именовать бациллами, а не образующие споры - бактериями.

Палочковидные бактерии различаются по форме, размеру в длину и в поперечнике, форме концов клетки, а также по взаимному расположению. Они могут иметь цилиндрическую форму с прямыми концами или овальную - с закругленными или заостренными концами. Бактерии бывают также слегка изогнутыми, встречаются нитевидные и ветвящиеся формы (например, микобактерии и актиномицеты).

В зависимости от взаимного расположения отдельных клеток после деления палочковидные бактерии делят на собственно палочки (одиночное расположение клеток), диплобактерии или диплобациллы (парное расположение клеток), стрептобактерии или стрептобациллы (образуют цепочки различной длины).

Нередко встречаются извитые, или спиралевидные, бактерии.

К этой группе относятся спириллы (от лат. spira - завиток), имеющие форму длинных изогнутых (от 4 до 6 витков) палочек, и вибрионы (лат. vibrio - изгибаюсь), представляющие собой лишь 1/4 часть витка спирали, похожие на запятую (рис. 3).

Известны нитевидные формы бактерий, обитающие в водоемах. Кроме перечисленных, встречаются многоклеточные бактерии, несущие на поверхности клетки протоплазм этические выросты - простеки, треугольные и звездообразные бактерии, а также имеющие форму замкнутого и незамкнутого кольца и червеобразные бактерии.

Размеры бактерий. Клетки бактерий очень малы. Их измеряют в микрометрах, а детали тонкой структуры - в нанометрах. Кокки обычно имеют диаметр около 0,5-1,5 мкм. Ширина палочковидных (цилиндрических) форм бактерий в большинстве случаев колеблется от 0,5 до 1 мкм, а длина равняется нескольким микрометрам (2-10). Мелкие палочки имеют ширину 0,2-0,4 и длину 0,7-1,5 мкм. Среди бактерий могут встречаться и настоящие гиганты, длина которых достигает десятков и даже сотен микрометров. Формы и размеры бактерий значительно изменяются в зависимости от возраста культуры, состава среды и ее осмотических свойств, температуры и других факторов.

Из трех основных форм бактерий кокки наиболее стабильны по размерам, палочковидные бактерии более изменчивы, причем особенно значительно меняется длина клеток.

Бактериальная клетка, помещенная на поверхность твердой питательной среды, растет, делится, образуя колонию бактерий-потомков. Через несколько часов роста колония состоит уже из такого большого числа клеток, что ее можно видеть невооруженным глазом. Колонии могут иметь слизистую или пастообразную консистенцию, в некоторых случаях они бывают пигментированы. Иногда внешний вид колоний настолько характерен, что позволяет без особых трудностей провести идентификацию микроорганизмов.

(струговидное и лировидное)

Практическое занятие № 8

Морфология бактерий

По сравнению с морфологическим разнообразием многоклеточных организмов бактерии мало дифференцированы. Разли­чают 3 основных морфологических типа бактерий 1) кокки - сферические или шаровидные клетки (от гр. kokkus - ягода, зерно); 2) бактерии и бациллы - цилиндрические или палочковидные клетки (от гр. bakteria- палочка, латин. bacillum - палочка); 3) извитые формы. Большинство встречающихся в природе бактерий име­ют одну из перечисленных форм.

Сферические бактерии - кокки, они различаются своими размерами и взаимным расположением после деления клеток. Диаметр клеток у кокковидных форм варьирует от 1,5 до 2,5 мкм. Кокковые формы не образуют спор, неподвижны, разнообразны по физиологическим свойствам и широко распространены в природе.

Если клетки делятся в одной плоскости и располага­ются парами (рис.), они образуют диплококки (от гр. diploos -двойной). Иногда соединенные попарно кокки бывают почковидно изогнуты, напоминая кофей­ные, зерна. Такую форму имеет возбудитель гонореи Neisseria gonorrheae, возбудители эпидермического цере­броспинального менингита Neisseria meningitidis и неко­торые сапрофитные бактерии.

Если деление кокков происходит в одной плоскости, но особи не отделяются друг от друга и образуют длинные цепочки, напоминающие нити бус (рис.), они называются стрептококками (от гр. streptos - плетен­ный). Такую форму образуют Streptococcus pyogenes, Streptococcus faecalis (бактерия - индика­тор фекального загрязнения), молочнокислые стрепто­кокки - Streptococcus lactis, Streptococcus cremoris и др.

Существуют кокки, которые делятся в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, образуя группы по четы­ре кокка - тетрады . Тетрады часто окружены толстыми капсулами. Это редко встречающаяся форма. Например, представители рода Pediococcus или Aerococcus.

Некоторые кокки делятся правильно и относительно равномерно в трех взаимно перпендикулярных плоскос­тях и образуют скопления "кубической формы, в виде пакетов, состоящих из 8-16 и т. д. кокков (рис.). Эти кокки называются сарцинами (от лат. sarcio - соеди­няю). Примером таких форм являются пигментные фор­мы, наиболее часто встречающиеся в воздухе, воде и почве, Sarcina lutea и Sarcina flava, уролитическая сарцина Sporosarcina ureae отличается тем, что образует споры и окружена жгутиками.

Рис. Сарцины:

а - расположение делящей перегородки в трех взаимно перпендикуляр­ных плоскостях; б - Sarcina lutea; a - Sporosarcina ureae.

Некоторые кокки делятся неравномерно в нескольких плоскостях, образуют скопления, напоминающие виноградную гроздь, которые называют­ся стафилококками (от гр. staphylos - виноградная гроздь).

Среди стафилококков (рис.) встречаются свободноживущие сапрофиты в молочных и мясных продуктах, в почве, воздухе, морской и речной воде, на поверхности растений и патогенные, например, Staphylococcus aureus - возбудитель гнойных инфекций - ангин, фурункулезов, маститов, абсцессов внутренних органов и Staphylococcus epidermidis - Рис. Стафилококки.менее вирулентный возбудитель тех же инфекций.

На коже и слизистых теплокровных животных, в раз­личных пищевых продуктах, в воздухе встречаются ус­ловно-патогенные стафилококки.

Цилиндрические бактерии. Самой многочисленной и разнообразной группой бактерий являются палочковидные (цилиндрические) формы. Па­лочковидные формы, которые способны образовывать споры обозначают бациллами. Не способные к спорообразованию палочки называют бактериями.

Так как клеточная стенка палочковидных бактерий представляет собой достаточно твердую, неэластичную трубку, то они растут в основном в длину и колебания в их размерах касаются длины. Обычные размеры наиболее распространенных неспоро­носных бактерий 0,8*2-3 мкм, а спороносных бацилл 1,2-1,8*3,2-11 мкм. Ширина клетки более устойчива и колеблется в основном в пределах от 0,5 до 1 мкм.

Среди палочковидных форм есть очень короткие, дли­на которых не превышает диаметра, их называют коккобациллами. Таких форм немного. Их трудно отличить от кокков.

Если среди палочковидных форм встречаются парные соединения клеток, их называют диплобактериями , или диплобациллами. При наличии цепочек они обозна­чаются как стрептобактерии или стрептобациллы (рис.).

Среди спороносных видов постоянно возникают цепочки клеток, в то время как неспороносные бактерии обра­зуют цепочки редко. Некоторые палочки располагаются под углом друг к другу, образуя фигуры наподобие бук­вы X или цифры V. Концы у палочек бывают закруглен­ными, с обрезанными краями, у некоторых палочек края заострены, вытянуты, у других, наоборот, утолщены.

Рис. Стрептобактерии.

Та­кими мелкими признаками иногда пользуются для от­личия близких видов.

Неспороносные палочки. Типичны­ми представителями цилиндрических форм являются псевдомонасы. Эти бактерии используют широкий спектр питательных веществ и благодаря этому широко распространены в природе. Среди них встречаются как пато­генные для человека, животных, растений и насекомых, так и сапрофитные формы. Например, Pseudomonas aeruginosa - мелкие палочки, одиночные или соединенные в пары, сапрофиты, но часто являются возбудителями вторичной инфекции долго незаживающих ран и язв у человека и животных. Pseudomonas fluorescens - мел­кие палочки, часто встречающиеся в воде, почве, на раз­ных субстратах. Среди них встречаются высокопатоген­ные для личинок кровососущих комаров.

Одной из наиболее изученных неспороносных палочек является Escherichia coli. Эта палочка содержится в кишечнике человека и животных. По­этому обнаружение ее в воде и пищевых продуктах сви­детельствует о вероятном фекальном загрязнении. Некоторые штаммы кишечной палочки вызы­вают заболевание желудочно-кишечного тракта (эшерихиоз).

Палочки Serratia marcescens (от Serratia - имя итальянского мореплавателя, marces­cens - гниющий) обладают способностью образовывать кроваво-красный пигмент при развитии на пищевых про­дуктах.

В геохимических преобразованиях большая роль при­надлежит тионовым бактериям (Thiobacillus). Это ма­ленькие неспороносные палочки. Наиболее изучены из них Thiobacillus thiooxidans, окисляющие серу, и Thiobacil­lus ferrooxidans, окисляющие также и железо.

Палочки Salmonella typhi, Salmonella paratyphi, вы­зывающие брюшнотифозные заболевания, названы в честь Сальмона, выделившего их в 1885 г. в Америке. Палочки дизентерии Shigella названы шигеллами в честь микробиолога Шига, доказавшего в 1898 г. их роль в возникновении дизентерии.

Спорообразующие палочки широко рас­пространены в природе. Их обнаруживают в самых раз­личных почвах любых континентов, на скальных породах горных массивов, в морях, пресных водах озер и рек, во­дах глубинных нефтяных источников, в кишечнике человека и животных.

Облигатные анаэробные бациллы - клостридии Clostridium butyricum вызывают маслянокислое брожение с образованием в качестве главных продуктов масляной и уксусной кислот (рис.). Другие клостридии могут быть возбудителями раневых инфекций - гангрены (Clostridium perfringens), столбняка (Clostridium tetani). Clostridium botulinum (от лат. botulus - колбаса) продуцирует токсины, вызывающие опасные пищевые от­равления.

Довольно обширную группу бактерий составляют аэробные спорообразующие бациллы. Среди этих бацилл имеются патогенные для человека, животных и растений формы. Bacillus anthracis - возбудитель сибирской язвы у человека и животных, Bacillus thuringiensis - энтомо-патогенная бацилла.

К сапрофитным формам относятся Bacillus subtilis, Bacillus brevis, Bacillus megaterium, Bacillus cereus, Ba­cillus polymyxa.

Извитые бактерии. Извитые формы различаются по длине, толщине нити и по количеству и характеру завитков. Изогнутые палочки, называются вибрионами (рис.). Такое название они получили за способ­ность к быстрым колебательным движениям (от лат. vibrare - трепещущий). В основном это сапрофиты, ши­роко распространенные в загрязненных реках и озерах. Есть несколько видов патогенных для человека и животных. Возбудитель холеры - холерный вибрион отличается полиморфизмом. На некоторых питательных средах образует палочки, спира­ли, нити, гигантские и дрожжеподобные формы.

Desulfovibrio - сульфатвосстанавливающие вибрио­ны, широко распространенные в иловых отложениях во­доемов. Спирально-извитые, состоящие из одного или многих витков, называются спириллами (рис.). В основном это безвредные для челове­ка сапрофиты, распростра­ненные в тихой заводи стоя­чих и загрязненных вод, а также в гниющих остатках растительного и животного происхождения. Наиболее мелкий представитель спи­рилл Spirillum minus -патогенен, наиболее круп­ный Spirillum volutans -типичный сапрофит. Rhodospirillum rubrum - фотосинтезирующий организм.

Рис. Клетки клостридий (А.), вибрионов (Б.), спирилл (В.).

Изгибающиеся, сильно извитые клетки называются спирохетами (рис.) . Клетки спирохет сильно вытянуты в длину и окружены тонкой, гибкой стенкой. Извитая форма спирохет поддерживается благодаря наличию особых фибрилл, состоя­щих из хитиноподобного вещества - кутина. Фибриллы располагаются обычно снаружи клетки, реже - внутри. Находящиеся снаружи клетки фибриллы у некоторых ви­дов спирохет образуют аксиальную нить, вокруг которой спирально изгибается клетка спирохеты. У дру­гих - образуется плоская килевидная мембрана вдоль всей клетки - криста. При разрушении аксиальной нити клетка становится прямой.

Многие представители спирохет живут как сапрофиты в пресных и соленых озерах, особенно в донных от­ложениях и гниющем иле, некоторые спирохеты - пара­зиты человека и животных, например, Treponema palli-dum - возбудитель сифилиса, Borrelia - возбудитель возвратного тифа, Leptospira - возбудитель инфекцион­ной желтухи, образует 15-20 чрезвычайно мелких за­витков (от гр. lepto - мелкий, spiera -завиток).

Рис. Спирохеты а. – возвратного тифа, б. – сифилиса, в – инфекционной желтухи.

Плеоморфные бактерии. Встречаются бактерии, обла­дающие морфологической изменчивостью плеоморфизмом . Такие бактерии в зависимости от условий могут иметь вид палочек, кокков или слабоветвящихся форм.

Довольно широко распространены миксобактерии , клетки которых имеют палочковидную или веретенообразную форму с острыми концами, они обладают боль­шой гибкостью и способны к скользящему движению в слизи, которую они продуцируют. Благодаря эластич­ной клеточной стенке они двигаются за счет сгибания тела. В подходящих условиях среды клетки миксобакте­рий образуют миксоспоры, собранные в плодовые тела. Миксоспоры могух быть заключены в спорангии, возвы­шающиеся над субстратом на простых или разветвлен­ных стебельках (рис.).

Рис. Плодовые тела миксобактерий.

Микобактерии - палочковидные клетки с неправиль­ными очертаниями. Контуры их искривлены, в разных местах они неодинаковой толщины, часто колбовидно раздутые. Клетки более или менее изогнутые, одиночные или соединены в пары или короткие цепочки. Цепочки никогда не бывают правильно очерченными и прямыми, обычно они угловато искривлены. Возможен нитевидный или мицелиеобразный рост. Величина клеток меняется в зависимости от вида культуры и состава сре­ды. Среди микобактерий есть патогенные: Mycobacterium tuberculosis - возбудитель туберкулеза, Mycobacterium leprae - возбудитель проказы. Сапрофитные микобакте­рий обитают в почве, где принимают активное участие в минерализации органических ос­татков.

Для коринебактерий характерно образо­вание клеток различной формы - сфери­ческих, палочковидных и даже разветвленных (рис.). Эти организмы, например Arthrobacter, обнаруживают некоторую способность к мицелиальному росту.

К микроорганизмам, не имеющим клеточной стенки, относятся микоплазмы . Они отличаются сильно выраженным плеоморфизмом. Их клетки имеют непра­вильную, изменчивую форму. Встречаются кокковидные, грушевидные клетки, иногда с нитевидными отростками. Они могут расти в виде тонких разветвленных или неразветвленных нитей, иногда спирализованных.

Контрольные вопросы. 1. Как классифицируются бактерии по морфологическим признакам? 2. Что определяет разнообразие шаро­видных форм бактерий? 3. Чем различаются палочковидные бакте­рии? Что такое бациллы? Каковы их особенности? 5. Чем отличаются извитые формы: вибрионы, спириллы, спирохеты? 6. Какие формы бактерий называют плеоморфными?

Задание:

1. Ознакомиться с теорией вопроса, составить конспект.

2. Микроскопировать с использованием иммерсионной системы и зарисовать готовые препара­ты разных форм бактерий: сарцины, стафилококки, стрептококки, стрептобациллы, спирохеты.

3. Зарисовать одиночную клетку, определить отношение к окраске по Грамму, характерный тип скопления клеток. Подписать латинские названия.

Материалы и оборудование: предмет­ные стекла с мазками фиксированных и окрашенных бактерий, иммерсионное масло, микроскоп, марлевые сал­фетки, бензин.

Прокариоты отличаются от эукариот по ряду основных признаков .

• 1. Отсутствие истинного дифференцированного ядра (ядерной мембраны).
• 2. Отсутствие развитой эндоплазматической сети, аппарата Гольджи.
• 3. Отсутствие митохондрий, хлоропластов, лизосом.
• 4. Неспособность к эндоцитозу (захвату частиц пищи).
• 5. Клеточное деление не связано с циклическими изменениями строения клетки.
• 6. Значительно меньшие размеры (как правило). Большая часть бактерий имеет размеры 0,5 - 0,8 микрометров (мкм ) х 2 - 3 мкм.

По форме выделяют следующие основные группы микроорганизмов.

• 1. Шаровидные или кокки (с греч. - зерно).
• 2. Палочковидные.
• 3. Извитые.
• 4. Нитевидные.

Кокковидные бактерии (кокки) по характеру взаиморасположения после деления подразделяются на ряд вариантов.

• 1. Микрококки . Клетки расположены в одиночку. Входят в состав нормальной микрофлоры, находятся во внешней среде. Заболеваний у людей не вызывают.
• 2. Диплококки. Деление этих микроорганизмов происходит в одной плоскости, образуются пары клеток. Среди диплококков много патогенных микроорганизмов - гонококк, менингококк, пневмококк.
• 3. Стрептококки. Деление осуществляется в одной плоскости, размножающиеся клетки сохраняют связь (не расходятся), образуя цепочки. Много патогенных микроорганизмов - возбудители ангин, скарлатины, гнойных воспалительных процессов.
• 4. Тетракокки . Деление в двух взаимоперпендикулярных плоскостях с образованием тетрад (т. е. по четыре клетки). Медицинского значения не имеют.
• 5. Сарцины . Деление в трех взаимоперпендикулярных плоскостях, образуя тюки (пакеты) из 8, 16 и большего количества клеток. Часто обнаруживают в воздухе.
• 6. Стафилококки (от лат. - гроздь винограда). Делятся беспорядочно в различных плоскостях, образуя скопления, напоминающие грозди винограда. Вызывают многочисленные болезни, прежде всего гнойно - воспалительные.

Палочковидные формы микроорганизмов.

• 1. Бактерии - палочки, не образующие спор.
• 2. Бациллы - аэробные спорообразующие микробы. Диаметр споры обычно не превышает размера (“ширины”) клетки (эндоспоры).
• 3. Клостридии - анаэробные спорообразующие микробы. Диаметр споры больше поперечника (диаметра) вегетативной клетки, в связи с чем клетка напоминает веретено или теннисную ракетку.

Необходимо иметь в виду, что термин “бактерия” часто используют для обозначения всех микробов - прокариот. В более узком (морфологическом) значении бактерии - палочковидные формы прокариот, не имеющих спор.

Извитые формы микроорганизмов.

• 1. Вибрионы и кампилобактерии - имеют один изгиб, могут быть в форме запятой, короткого завитка.
• 2. Спириллы - имеют 2 - 3 завитка.
• 3. Спирохеты - имеют различное число завитков, аксостиль - совокупность фибрилл, специфический для различных представителей характер движения и особенности строения (особенно концевых участков). Из большого числа спирохет наибольшее медицинское значение имеют представители трех родов - Borrelia, Treponema, Leptospira.

Характеристика морфологии риккетсий, хламидий, микоплазм, более подробная характеристика вибрионов и спирохет будет дана в соответствующих разделах частной микробиологии.

Данный раздел завершаем краткой характеристикой (ключем) для характеристики основных родов микроорганизмов, имеющих медицинское значение, на основе критериев, применяемых в определителе бактерий по Берджи (Berge).

Морфология

Классификация микроорганизмов

Бактерии

Бактерии - это одноклеточные прокариотные микроорганизмы. Ве­личина их измеряется в микрометрах (мкм). Различают три основные формы: шаровидные бактерии - кокки, палочковидные и извитые.

Кокки (греч. kokkos - зерно) имеют шаровидную или слегка вытя­нутую форму. Различаются между собой в зависимости от того, как они располагаются после деления. Одиночно расположенные кокки - мик­рококки, расположенные попарно - диплококки. Стрептококки де­лятся в одной плоскости и после деления не расходятся, образуя цепоч­ки (греч. streptos - цепочка). Тетракокки образуют сочетания из четырех кокков в результате деления в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, сарцины (лат. sarcio - связывать) образуются при делении в трех взаимно перпендику­лярных плоскостях и имеют вид скоплений по 8-16 кокков. Стафило­кокки в результате беспорядочного деления образуют скопления, напо­минающие гроздь винограда (греч. staphyle - виноградная гроздь).

Палочковидные бактерии (греч. bacteria - палочка), способные образовывать споры, называют бациллами в том случае, если спора не шире самой палочки, и клостридиями, если диаметр споры превышает диаметр палочки. Палочковидные бактерии, в отличие от кокков, разнообразны по ве­личине, форме и расположению клеток: короткие (1 -5 мкм) толстые, с зак­ругленными концами бактерии кишечной группы; тонкие, слегка изогну­тые палочки туберкулеза; располагающиеся под углом тонкие палочки дифтерии; крупные (3-8 мкм) палочки сибирской язвы с "обрубленными" концами, образующие длинные цепочки - стрептобациллы.

К извитым формам бактерий относятся вибрионы, имеющие слегка изогнутую форму в виде запятой (холерный вибрион) и спириллы, состоящие из нескольких завитков. К извитым формам также относятся кампилобактеры, похожие под микроскопом на крылья летящей чайки.

Структура бактериальной клетки.

Структурные элементы бактери­альной клетки можно условно разделить на:

а) постоянные структурные элементы - имеются у каждого вида бактерий, в течение всей жизни бакте­рии; это клеточная стенка, цитоплазматическая мембрана, цитоплазма, нуклеоид;

Б) непостоянные структурные элементы, которые способны обра­зовывать не все виды бактерий, а те бактерии, которые образуют их, могут терять их и вновь приобретать в зависимости от условий существования. Это капсула, включения, пили, споры, жгутики.

Рис. 1.1. Структура бактериальной клетки

Клеточная стенка покрывает всю поверхность клетки. У грамположительных бактерий клеточная стенка более толстая: до 90% - это полимерное соединение пептидогликан, связанный с тейхоевыми кис­лотами, и слой белка. У грамотрицательных бактерий клеточная стенка тоньше, но сложнее по составу: состоит из тонкого слоя пептидогликана, липополисахаридов, белков; она покрыта наружной мембраной.

Функции клеточной стенки состоят в том, что она:

Является осмотическим барьером,

Определяет форму бактериальной клетки,

Защищает клетку от воздействий окружающей среды,

Несет разнообразные рецепторы, способствующие прикреплению фагов, колицинов, а также различных химических соединений,

Через клеточную стенку в клетку поступают питательные вещества и выделяются продукты обмена,

В клеточной стенке локализован О-антиген и с ней связан эндотоксин (липид А) бактерий.

Цитоплазматическая мембрана

К клеточной стенке бактерий примыкает цитоплазматическая мембрана , строение которой аналогично мембранам эукариотов (состоит из двойного слоя липидов , главным образом фосфолипидов со встроенными поверхностными и интегральными белками ). Она обеспечивает :

Селективную проницаемость и транспорт растворимых веществ в клетку,

Транспорт электронов и окислительное фосфорилирование,

Выделение гидролитических экзоферментов, биосинтез различных полимеров.

Цитоплазматическая мембрана ограничивает цитоплазму бактерий , которая представляет собой гранулярную структуру . В цитоплазме локализованы рибосомы и бактериальный нуклеоид , в ней также могут находиться включения и плазмиды (внехромосомная ДНК). Кроме обязательных структур бактериальные клетки могут иметь споры.

Цитоплазма - внутреннее гелеобразное содержимое бактериальной клетки, пронизано мембранными структурами, создающими жест­кую систему. В цитоплазме содержатся рибосомы (в которых осуще­ствляется биосинтез белков), ферменты, аминокислоты, белки, рибонуклеиновые кислоты.

Нуклеоид - это хромосома бактерий, двойная нить ДНК, коль­цевидно замкнутая, связанная с мезосомой. В отличие от ядра эукариотов, нить ДНК свободно располагается в цитоплазме, не имеет ядерной оболочки, ядрышка, белков-гистонов. Нить ДНК во много раз длиннее самой бактерии (например, у кишечной палочки длина хро­мосомы более 1 мм).

Помимо нуклеоида, в цитоплазме могут находиться внехромосомные факторы наследственности, называемые плазмидами. Это ко­роткие кольцевидные нити ДНК, прикрепленные к мезосомам.

Включения содержатся в цитоплазме некоторых бактерий в виде зерен, которые можно обнаружить при микроскопии. Большей частью это запас питательных веществ.

Пили (лат. pili - волоски) иначе реснички, фимбрии, бахромки, вор­синки - короткие нитевидные отростки на поверхности бактерий.

Жгутики. Многие виды бактерий способны передвигаться благо­даря наличию жгутиков. Из патогенных бактерий только среди пало­чек и извитых форм имеются подвижные виды. Жгутики представляют собой тонкие эластичные нити, длина которых у некоторых видов в несколько раз больше длины тела самой бактерии.

Число и располо­жение жгутиков является характерным видовым признаком бактерий. Различают бактерии: монотрихи - с одним жгутиком на конце тела, лофотрихи - с пучком жгутиков на конце, амфитрихи, имеющие жгути­ки на обоих концах, и перитрихи, у которых жгутики расположены по всей поверхности тела. К монотрихам относится холерный вибрион, к перитрихам - сальмонеллы брюшного тифа.

Капсула - наружный слизистый слой, который имеется у многих бактерий. У одних видов он настолько тонок, что обнаруживается толь­ко в электронном микроскопе - это микрокапсула. У других видов бак­терий капсула хорошо выражена и видна в обычном оптическом мик­роскопе - это макрокапсула.

Микоплазмы

Микоплазмы относятся к прокариотам, размеры их 125-200 нм. Это наиболее мелкие из клеточных микробов, величина их близка к преде­лу разрешающей способности оптического микроскопа. У них отсут­ствует клеточная стенка. С отсутствием клеточной стенки связаны характерные осо­бенности микоплазм. Они не имеют постоянной формы, поэтому встре­чаются сферические, овальные, нитевидные формы.

Риккетсии

Хламидии

Актиномицеты

Актиномицеты - одноклеточные микроорганизмы, относятся к прокариотам. Их клетки имеют такую же структуру, как бактерии: кле­точную стенку, содержащую пептидогликан, цитоплазматическую мем­брану; в цитоплазме расположены нуклеоид, рибосомы, мезосомы, внутриклеточные включения. Поэтому патогенные актиномицеты чувс­твительны к антибактериальным препаратам. В то же время они име­ют сходную с грибами форму ветвящихся переплетающихся нитей, а некоторые актиномицеты, относящиеся к семейству стрентомицет, раз­множаются спорами. Другие семейства актиномицет размножаются путем фрагментации, то есть распада нитей на отдельные фрагменты.

Актиномицеты широко распространены в окружающей среде, осо­бенно в почве, участвуют в круговороте веществ в природе. Среди актиномицетов есть продуценты антибиотиков, витаминов, гормонов. Большинство антибиотиков, применяемых в настоящее время, проду­цируется актиномицетами. Это стрептомицин, тетрациклин и другие.

Спирохеты.

Спирохеты относятся к прокариотам. Имеют признаки, общие как с бактериями, так и с простейшими микроорганизмами. Это од­ноклеточные микробы, имеющие форму длинных тонких спирально изогнутых клеток, способны к активному движению. В неблагоприят­ных условиях некоторые из них могут переходить в форму цисты.

Исследования в электронном микроскопе позволили установить структуру клеток спирохет. Это цитоплазматические цилиндры, окру­женные цитоплазматической мембраной и клеточной стенкой, содер­жащей пептидогликан. В цитоплазме находятся нуклеоид, рибосомы, мезосомы, включения.

Под цитоплазматической мембраной располо­жены фибриллы, обеспечивающие разнообразное движение спирохет - поступательное, вращательное, сгибательное.

Патогенные представители спирохет: Treponema pallidum - вызывает сифилис, Borrelia recurrentis - возвратный тиф, Borrelia burgdorferi - болезнь Лайма, Leptospira interrogans - лептоспироз.

Грибы

Грибы (Fungi, Mycetes) - эукариоты, низшие растения, лишенные хлорофилла, в связи с чем они не синтезируют органические соедине­ния углерода, то есть это гетеротрофы, имеют дифференцированное ядро, покрыты оболочкой, содержащей хитин. В отличие от бактерий, грибы не имеют в составе оболочки пептидогликана, поэтому нечув­ствительны к пенициллинам. Для цитоплазмы грибов характерно при­сутствие большого количества разнообразных включений и вакуолей.

Среди микроскопических грибов (микромицетов) имеются однок­леточные и многоклеточные микроорганизмы, различающиеся между собой по морфологии и способам размножения. Для грибов характер­но разнообразие способов размножения: деление, фрагментация, поч­кование, образование спор - бесполых и половых.

При микробиологических исследованиях наиболее часто прихо­диться сталкиваться с плесенями, дрожжами и представителями сбор­ной группы так называемых несовершенных грибов.

Плесени образуют типичный мицелий, стелющийся по питатель­ному субстрату. От мицелия вверх подымаются воздушные ветви, ко­торые оканчиваются плодоносящими телами различной формы, несущими споры.

Мукоровые или головчатые плесени (Mucor) - одноклеточные гри­бы с шаровидным плодоносящим телом, наполненным эндоспорами.

Плесени рода Aspergillus - многоклеточные грибы с плодоносящим телом, при микроскопии напоминающим наконечник лейки, разбрыз­гивающей струйки воды; отсюда название "леечная плесень". Некото­рые виды аспергилл используются в промышленности для производства лимонной кислоты и других веществ. Есть виды, вызывающие заболе­вания кожи и легких у человека - аспергиллезы.

Плесени рода Penicillum, или кистевики - многоклеточные грибы с плодоносящим телом в виде кисточки. Из некоторых видов зеленой плесени был получен первый антибиотик - пенициллин. Среди пенициллов есть патогенные для человека виды, вызывающие пенициллиоз.

Различные виды плесеней могут быть причиной порчи пищевых про­дуктов, медикаментов, биологических препаратов.

Дрожжи - дрожжевые грибы (Saccharomycetes, Blastomycetes) име­ют форму круглых или овальных клеток, во много раз крупнее бакте­рий. Средний размер дрожжевых клеток приблизительно равен попе­речнику эритроцита (7-10 мкм).