Размещено на http://www.allbest.ru/

Морфологическое разнообразие бактерий

1. Морфология бактерий. Разнообразие форм. Размеры микроорганизмов. Методы изучения морфологии бактерий. Виды микроскопов

Бактерии - одноклеточные прокариоты микроскопических размеров, размножающиеся преимущественно путем деления.

Форму и размер бактерий изучают в убитом и живом состоянии при помощи микроскопии в окрашенных и неокрашенных препаратах.

Формы бактерий:

* Палочковидные: палочки, образующие споры, называют бациллами (от лат. bacillus - палочка), а палочки, необразующие споры, - бактериями (от греч. bacteria - палочка). Палочковидные бактерии могут иметь цилиндрическую форму с ровными концами или овальную с закругленными концами.

* Кокковидные: имеют правильную форму шара, но некоторые виды напоминают форму кофейного зерна или вытянуты наподобие пламени свечи и ланцета. Микро-, дипло-, стрептококки, тетрококки, Сарцины - располагаются пакетообразно - ярусами по 18-16 особей.

Стафилококки (Staphylococcus, от греч. staphylos - виноградная гроздь) - располагаются в виде гроздьев винограда. У стафилококков деление происходит в различных плоскостях, вследствие чего клетки располагаются без определенной системы.

Извитые, или спиралевидные, формы. Одни из них имеют от 6 до 15 и более витков, другие представляют лишь часть витка. Спирохеты, спириллы, вибрионы

Другие самые разнообразные неклассифицированные формы бактерий

Размеры: Стафилококки и стрептококки обычно имеют диаметр от 0,75 до 1,25 мкм.

Средних размеров палочковидные бактерии имеют ширину от 0,5 до 1 мкм и длину от 2 до 3 мкм (Е. соli, Shigella disentheria и др.)

Мелкие палочки имеют ширину 0,2-0,4 мкм и длину 0,7-1,5 мкм (Bordetella pertussis).

Среди палочковых бактерий имеются относительно крупные. Bacillus anthracis имеет поперечник 1-1,25 мкм и длину от 3 до 8-10 мкм.

Осевшая клеточная масса содержит 70-85% воды, сухая биомасса составляет 15-30% от сырой массы

Вода находится в свободном и связанном состоянии. Связанная вода входит в состав коллоидов клетки (белки, полисахариды и пр). Свободная вода участвует в химических реакциях, служит растворителем.

На долю мин в-в приходится 2-14%.

Сухое вещество бактерий: белки (50%), компоненты клеточной стенки (10-20%), РНК (10-20%), ДНК (3- 4%), липиды Клет стенка и мембрана, зап в-во) (10%), полисахариды: гликоген, гранулеза

Десять важнейших химических элементов: углерод 50%, кислород - 20%, фосфор - 3%, азот - 14%, водород - 8%, сера - 1%, калий - 1%, кальций и магний по 0,5%, железо - 0,2%

Хим состав клеток м/о определяет их потребности в пит в-вах и дает представление о значении отдельных хим эл-тов и соединений для их жизнед-ти.

2. Строение и химический состав внешних слоев. Капсула, слизистые слои, чехлы

Клетка бактерий окружена трехслойной оболочкой:

Слизистый слой (необязат)

Клеточная стенка (важно)

Цитоплазматическая мембрана (обязат)

Слизистый слой

Капсула - защитное приспособление, вырабатываемое слизистым слоем. Состоит из гликопротеидов муцина и мукоидов. Различают микро- и макрокапсулу. Макрокапсулу можно выявить, используя специальные методы окраски, сочетая позитивные и негативные методы. Микрокапсула - утолщение верхних слоев клеточной стенки. Такую капсулу можно обнаружить только методом электронной микроскопии.

Среди бактерий различают:

истиннокапсульные бактерии (род Klebsiella) - сохраняют капсулообразование и при росте на питательных средах, и в макроорганизме;

ложнокапсульные - образуют капсулу только при попадании в макроорганизм.

Значение: слизь предохраняет клетки от неблагоприятных условий, защищает клетку от механических повреждений и высыхания, создает дополнительный осмотический барьер, служит препятствием для проникновения фагов, может являться источником запасных питательных веществ

Чехлы - слизистые структуры, отличающиеся от капсулы более тонкой структурой, часто в несколько слоев. Чехлы могут иметь более сложную химическую организацию:

белки - до 27 %, углеводы - до 36 %, гексозамин - до 11 %, липиды - около 5 %, фосфора - 0,5 %.

Чехлы некоторых архей имеют особенности строения. Так, чехол клеток Methanospirillum hungateii образован плотным гибким слоем белковых или гликопротеиновых молекул толщиной около 10 нм, в состав которых входят 18 аминокислот (65 - 72 % от общей массы чехла) и 5 нейтральных сахаров (3 - 5 % общей массы).

Чехол имеет поры диаметром 3 - 5 нм, которые позволяют проникать растворимым соединениям.

Зооглея - капсулы отдельных клеток сливаются в слизистые массы, в которые вкраплены бактериальные клетки. Ослизнение клеточных стенок иногда бывает настолько сильным, что капсулы отдельных клеток сливаются в слизистые массы, в которые вкраплены бактериальные клетки

Образуемые некоторыми бактериями слизистые вещества не удерживаются в виде компактной массы вокруг клеточной стенки, а диффундируют в окружающую среду

S-слои- простейший тип биологических мембран, возникших в ходе формирования первых клеток и входящих в состав поверхностей многих бактерий и почти всех архей. выстилают наружную поверхность клеточной стенки равномерно упакованными образованиями правильной формы подобно паркетным дощечкам из белковых или гликопротеиновых молекул.

У грамотрицательных бактерий S-слои прилегают непосредственно к внешней мембране, у грамположительных - ассоциированы с поверхностью муреина.

S-слои архей могут быть единственным слоем клеточной стенки кроме ЦПМ, они более высоко организованы, чем бактериальные, располагаются над ЦПМ, образуя между слоями и ЦПМ небольшое пространство, связаны ковалентно с ЦПМ специфическими выступами.

Легко теряют регулярную структуру при приготовлении препаратов для микроскопирования. Выполняют следующие функции:

Защищают клетку при изменениях рН и концентраций других ионов, осмотического стресса, от действия ферментов, бактерий-хищников, фагов.

Помогают удерживать определенную форму клетки, способствуют адгезии клеток к поверхностям и с ферментами.

Участвуют в делении клеток, могут взаимодействовать с вирусами.

Предотвращают неспецифическую адсорбцию макромолекул, помогают патогенным бактериям справиться с защитными факторами макроорганизма, избежать фагоцитоза и действия комплемента, что повышает вирулентность отдельных возбудителей.

Клеточная стенка - важный и обязательный структурный элемент большинства бактерий. Она служит механическим барьером между протопластом и окружающей средой, придает клетке определенную форму, большинство прокариот обладает ригидной клеточной стенкой.

Цитоплазматическая мембрана (ЦПМ) плотно прилегает к клеточной стенке и отделяет от клеточной стенки содержимое клетки. Это обязательная структура любой клетки. Нарушение целостности мембраны приводит к потере клеткой жизнеспособности.

На долю цитоплазматической мембраны приходится 8-15 % сухого вещества клетки, толщина ее 7-10 нм. Представлена в виде трехслойной структуры - одного липидного слоя и двух примыкающих к нему с обеих сторон белковых слоев. Часто образует впячивания внутрь клетки или спиралевидные тельца - мезосомы. Цитоплазматическую мембрану с мезосомами называют бактериальной мембраной.

Основные компоненты: белки (50-75 %), фосфолипиды (15-45 %), связанная вода (25 % сухой массы), небольшое количество углеводов, различные ферменты стеролы и стерины в бактериальной мембране большинства прокариот отсутствуют, поэтому бактерии проявляют устойчивость по отношению к некоторым антибиотикам, которые способны связываться со стеролами мембран эукариот. Так, например, нистатин и амфотерицин связывается со стеролами мембраны и увеличивает пропускную способность ЦПМ грибной клетки, в результате чего клетка гибнет.

Бактериальная мембрана: закрепляет ферменты, выполняет штативную функцию, транспортирует вещества, принимает участие в обмене веществ между клеткой и окружающей средой, главный осмотический барьер клетки, участвует в репликации генома

3. Клеточная стенка грамположительных и грамотрицательных бактерий. Окраска по Граму

Состав клеточной стенки: У эубактерий - основа - полимер - гликопептид (пептидогликан, мукопептид) муреин, У архей - псевдомуреин, У уксуснокислой бактерии Acetobacter xylinum - целюллоза

Кроме муреина сод-ся белки, липиды, липопротеиды, у некоторых бактерий - тейхоевые кислоты

Муреин состоит из цепочек N-ацетилглюкозамина и N-ацетилмурамовой кислоты, соединенных бета-1,4- гликозидными связями. Является опорным каркасом клеточной стенки, к которому прикрепляются другие вещества.

Муреиновый мешок: эластичен, способен растягиваться под воздействием внешних факторов, способен сжиматься до четырех раз, имеет отверстия размером до 6 нм, обладает избирательностью, имеет отверстия для выхода фимбрий и жгутиков.

Окраска по Граму служит важным таксономическим признаком, с которым коррелируют другие свойства бактерий. Метод предложил Ганс Кристиан Йоахим Грам

Гр+: Толстый слой муреина, Содержание муреина 95 %, Содержание липидов около 5 %,Присутствуют тейхоевые кислоты

Гр-: Тонкий слой муреина, Содержание муреина 5 - 10%, Содержание липидов около 75 %, Отсутствуют тейхоевые кислоты

Механизм образования окрашенного комплекса:

Муреин + тейхоевые кислоты + Йод + Генциан-виолет = фиолетовый стойкий окрашенный комплекс (Гр+)

Муреин + Йод + Генциан-виолет = нестойкий комплекс, легко смываемый спиртом (Гр-), докрашиваются бактерии сафранином

Морфология бактерий. Явление L-трансформации. Биологическая роль.

Действие некоторых антибиотиков (группы пенициллина и циклосерина), подавляющих синтез клеточной стенки бактерий, а также литических ферментов, разрушающих муреин, приводит к образованию протопластов или сферопластов. У последних, в отличие от протопластов, клеточная стенка разрушена не полностью.

Протопласты и сферопласты сохраняют обмен веществ, способность к росту, а иногда и к делению. При снятии действующего фактора они превращаются (реверсируют) в нормальные клетки, либо трансформируются в так называемые L-формы, либо погибают.

Особая форма изменчивости или способность адаптироваться к окружающим условиям. Проявляется в колониях чистых культур при исследовании их морфологии. Может быть обратимой или необратимой. Обнаруживаются необычные для данного вида бактерий формы: нитевидные, волокнистые, колбасовидные, шаровидные образования и мелкие гранулы размером 0,1-0,15 мкм (фильтрующиеся формы бактерий).

Обратимая L-трансформация: генетический контроль синтеза клеточной стенки сохраняется; L-формы при благоприятных условиях могут возвращаться в исходную бактериальную форму; восстановление всех основных биологических свойств

Необратимая L-трансформация: генетический контроль синтеза клеточной стенки нарушен необратимо; L- трансформация приобретает необратимый характер; L-трансформанты по своим морфологическим, культуральным и иным свойствам становятся неотличимыми от микоплазм.

Особенности L-форм:

Сходство морфологических изменений: образование нитевидных, волокнистых, колбасовидных, шаровидных, гранулярных и микоплазменных форм. бактерия микроскопический грамотрицательный прокариот

Сходные культуральные свойства: рост на плотных средах в виде характерных колоний двух типов - А и В.

Колонии типа А растут на поверхности агара, имеют очень мелкие размеры. Они состоят главным образом из гранулярных структур, лишенных клеточной стенки, и очень похожи на микоплазмы.

Колонии типа В состоят из центральной зоны, врастающей в агар, и прозрачной фестончатой периферической зоны. В этих колониях обнаруживаются крупные тела, содержащие компоненты клеточной стенки, сходные со стенкой родительских бактерий, но лишенные ригидности.

Образование стабильных и нестабильных L-форм (в зависимости от степени полноты утраты способности синтезировать клеточную стенку).

Изменение антигенных свойств (утрата К- и О-антигенов как следствие нарушения синтеза клеточной стенки).

Снижение вирулентности по сравнению с исходными родительскими формами в связи с утратой различных факторов патогенности.

Способность длительно персистировать в организме. Утрата клеточной стенки делает L-формы нечувствительными к различным химиопрепаратам и антителам.

Способность при неполной утрате синтеза клеточной стенки возвращаться в исходную бактериальную форму.

Факторы, индуцирующие трансформацию:

различные антибиотики, угнетающие биосинтез клеточной стенки;

ферменты;

антимикробные антитела;

высокие концентрации некоторых аминокислот (глицин и фенилаланин)

Поверхностные структуры бактерий

К поверхностным структурам бактерий принадлежат жгутики, ворсинки (пили) и гликокаликс. Жгутики относятся к органеллам, ответственным за подвижность бактерий. Длина жгутиков обычно составляет около 100 нм, диаметр -- 20 нм. Жгутики состоят из закрепленного в цитоплазматической мембране базального тела белковой природы, переходного фрагмента «крюка» и длинной спиральной цепи, состоящей из мономеров белка флагеллина. При движении жгутики вращаются наподобие пропеллера, сращение генерируется в базальном теле, однако биохимические детали этого процесса изучены недостаточно. Движение бактерий может быть хаотичным или направленным. В последнем случае в зависимости от стимула различают хемотаксис, фототаксис, аэротаксис и магнетотаксис. Ворсинки и пили внешне напоминают жгутики, однако не участвуют в движении бактерий. Ворсинки (фимбрии), как правило, присутствуют у бактерий в большом количестве, они короче жгутиков, их основной функцией является обеспечение адгезии микроорганизмов к эпителиальным поверхностям.

Ворсинки представляют собой тонкие и длинные белковые структуры диаметром около 10 нм и длиной несколько сотен нанометров. Дистальная часть ворсинки представлена еще более тонкой фибриллой, на конце которой располагается молекула собственно адгезина. Бактериальными адгезинами, как правило, являются белковые молекулы, а рецепторами -- углеводные фрагменты клеток эпителия. У грамотрицательных бактерий различают несколько типов ворсинок, основой для классификации служат структура ворсинок, рецептор связывания и механизм сборки. Одни штамм микроорганизмов может обладать несколькими типами ворсинок. Адгезины Р ворсинок Е. coli (белок РарG) связываются с карбогидратными фрагментами Gala(l-4)Gal -- мембран клеток уроэпителия, a ворсинки I типа -- с остатками маннозы.

Структура пилей напоминает структуру ворсинок, однако они значительно длиннее и обнаруживаются на бактериальных клетках в незначительном количестве. Одной из функций пилей является прикрепление к различным поверхностям. Не меньшее значение имеет их участие в передаче генетической информации при конъюгации. Посредством половых пилей (F-пилей) происходит прикрепление бактерии-донора к бактерии-реципиенту.

После прикрепления пили служат каналом для передачи ДНК. Если жгутики, ворсинки и пили характерны только (или преимущественно) для грамотрицательных микроорганизмов, то наличие гликокаликса характерно, в основном, для грамположительных бактерий. Выделяют два основных варианта гликокаликса: капсулу и слизь. По структуре обе формы гликокаликса схожи и представляют собой сеть поверхностного гликопротеина. Различия касаются прочности связи с клеткой. Если капсула связана достаточно прочно, то слизь легко отделяется от бактериальной клетки. Функции гликокаликса связаны с прикреплением к поверхностям, антифагоцитарной защитой, предотвращением высыхания и сохранением питательных веществ.

Размещено на Allbest.ru