https://uniccreddit.ru Послеродовая гипокальциемия у животных. Эклампсия. Состояние кожного покрова

Послеродовая гипокальциемия у животных. Эклампсия. Состояние кожного покрова

Вопрос 1. Основы микробиологии. Классификация микроорганизмов

1. Основы микробиологии

Микробиология как самостоятельная наука , имеющая свои объекты и методы исследования, сформировалась во второй половине 19 века благодаря работам Пастера, Коха, Эрлиха, Мечникова, Ру и др., но и в настоящее время, также как и тесно связанные с ней, биотехнология и генная инженерия , постоянно и интенсивно развивается.

Зародившись, как наука о возбудителях болезней , т. е. как отрасль медицины, к настоящему времени в зависимости от решаемых задач делится на :

Промышленную;

Сельскохозяйственную;

Ветеринарную;

Санитарную;

Медицинскую микробиологию.

Предметом изучения медицинской микробиологии являются микроорганизмы – представители нормальной микрофлоры тела человека и возбудители различных заболеваний человека , а также методы лабораторной диагностики, специфической профилактики и этиотропной терапии вызываемых ими заболеваний.

2. Классификация (систематика) микроорганизмов

Микроорганизмы это организмы, невидимые невооруженным глазом из-за их незначительных размеров. Этот критерий – единственный, который их объединяет. В остальном мир микроорганизмов еще более разнообразен, чем мир макроорганизмов. Согласно современной систематике, микроорганизмы относятся к трем царствам:

Vira – к ним относятся вирусы;

Eucariotae – к ним относятся простейшие и грибы;

Procariotae – к ним относятся истинные бактерии, риккетсии, хламидии, микоплазмы, спирохеты, актиномицеты.

Основные отличия прокариот от эукариот состоят в том, что прокариоты не имеют :

Морфологически оформленного ядра (нет ядерной мембраны и отсутствует ядрышко ), его эквивалентом является нуклеоид , или генофор , представляющий собой замкнутую кольцевую двунитевую молекулу ДНК , прикрепленную в одной точке к цитоплазматической мембране; по аналогии с эукариотами эту молекулу называют хромосомной бактерией;

сетчатого аппарата Гольджи ;

эндоплазматической сети ;

митохондрий .

Имеется также ряд признаков или органелл , характерных для многих, но не для всех прокариот, которые позволяют отличать их от эукариотов :

Многочисленные инвагинации цитоплазматической мембраны , которые называются мезосомы , они связаны с нуклеоидом и участвуют в делении клетки, спорообразовании , и дыхании бактериальной клетки ;

Специфический компонент клеточной стенки муреин , по химической структуре – это пептидогликан (диаминопиеминовая кислота);

плазмиды – автономно реплицирующиеся кольцевидные молекулы двунитевой ДНК с меньшей, чем хромосома бактерий молекулярной массой. Они находятся наряду с нуклеоидом в цитоплазме, хотя могут быть и интегрированы в него, и несут наследственную информацию , не являющуюся жизненно необходимой для микробной клетки, но обеспечивающую ей те или иные селективные преимущества в окружающей среде . Наиболее известны плазмиды :

– (F-плазмиды ), обеспечивающие конъюгационный перенос между бактериями;

– (R-плазмиды ) – плазмиды лекарственной устойчивости, обеспечивающие циркуляцию среди бактерий генов, детерминирующих устойчивость к используемым для лечения различных заболеваний химиотерапевтическим средствам.

Также как для растений и животных, для названия микроорганизмов применяется бинарная номенклатура , – то есть родовое и видовое название , но если видовую принадлежность исследователям определить не удается и определена только принадлежность к роду, то употребляется термин «species». Чаще всего это имеет место при идентификации микроорганизмов имеющих нетрадиционные пищевые потребности или условия существования.

Название рода обычно или основано на морфологическом признаке соответствующего микроорганизма (например, Staphylococcus, Vibrio, Mycobacterium) либо являются производными от фамилии автора, который открыл или изучил данный возбудитель (например, Neisseria, Shigella, Escherichia, Rickettsia, Gardnerella).

Видовое название часто связано с наименованием основного вызываемого этим микроорганизмом заболевания (например, Vibrio cholerae – холеры, Shigella dysenteriae – дизентерии, Mycobacterium tuberculosis – туберкулеза) или с основным местом обитания (например, Escherihia coli – кишечная палочка).

Кроме того, в русскоязычной медицинской литературе возможно использование соответствующего русифицированного названия бактерий (например, вместо Staphylococcus epidermidis – эпидермальный стафилококк; Staphylococcus aureus – золотистый стафилококк и т. д.).

Царство прокариот включает в себя отдел цианобактерий и отдел эубактерий , который, в свою очередь, подразделяется на порядки :

Собственно бактерии (отделы Gracilicutes, Firmicutes, Tenericutes, Mendosicutes);

Актиномицетов;

Спирохет;

Риккетсий;

Хламидий.

Бактерии – это прокариотические , преимущественно одноклеточные микроорганизмы , которые могут также образовывать ассоциации (группы) сходных клеток , характеризующиеся клеточными , но не организменными сходствами.

Порядки подразделяются на группы . Основными таксономическими критериями , позволяющими отнести штаммы бактерий к той или иной группе, являются :

Морфология микробных клеток (кокки, палочки, извитые);

Отношение к окраске по Граму – тинкториальные свойства (грамположительные и грамотрицательные);

Тип биологического окисления – аэробы, факультативные анаэробы, облигатные анаэробы;

Способность к спорообразованию.

Дальнейшая дифференциация групп на семейства, рода и виды , которые являются основной таксономической категорией , проводится на основании изучения биохимических свойст в. Этот принцип положен в основу классификации бактерий, приведенной в специальных руководствах – определителях бактерий .

Вид является эволюционно сложившейся совокупностью особей, имеющих единый генотип , который в стандартных условиях проявляется сходными морфологическими, физиологическими, биохимическими признаками . Для патогенных бактерий определение «вид» дополняется способностью вызывать определенные нозологические формы заболеваний. Существует внутривидовая дифференцировка бактерий на варианты :

По биологическим свойствам (биовары или биотипы);

По биохимической активности (ферментовары);

По антигенному строению (серовары или серотипы);

По чувствительности к бактериофагам (фаговары или фаготипы);

По устойчивости к антибиотикам (резистентовары).

В микробиологии широко применяют специальные термины – культура, штамм, клон.

Культура – это видимая глазом совокупность бактерий на питательных средах . Культуры могут быть чистыми () и смешанными (совокупность бактерий двух или более видов ).

Штамм – это совокупность бактерий одного вида , выделенных из разных источников или из одного источника в разное время . Штаммы могут различаться по некоторым признакам, не выходящим за пределы характеристики вида.

Клон – это совокупность бактерий, являющихся потомством одной клетки .

Вопрос 2. Особенности морфологии микроорганизмов

1. Основные морфологические формы бактерий

Среди основных морфологических форм бактерий различают :

шаровидные (кокковые ), которые по характеру взаиморасположения делятся на :

– микрококки (отдельное изолированное расположение);

– диплококки (сцепленные попарно);

– тетракокки (сцепленные по четыре);

– стрептококки (сцепленные в цепочку);

– сарцины (сцепленные в пакеты по 8, 12, 16 и т. д.);

– стафилококки (сцепленные беспорядочно в виде виноградной грозди);

палочковидные , которые различаются:

по форме :

– правильная (энтеробактерии, псевдомонады);

– неправильная (коринебактерии).

по размеру :

– мелкие (бруцеллы, бордетеллы);

– средние (бактероиды, кишечная палочка);

– крупные (бациллы, клостридии);

по форме концов

– обрубленные (бациллы);

– закругленные (сальмонеллы, псевдомонады);

– заостренные (фузобактерии);

– утолщенные (коринебактерии);

по характеру взаиморасположения все палочки делятся на :

– расположенные поодиночке;

– диплобактерии и диплобациллы (сцепленные попарно);

– стрептобактерии и стрептобациллы (сцепленные в цепочку);

– извитые формы (по характеру и количеству завитков они делятся на :

вибрионы (слегка изогнутые палочки или неполные завитки);

спириллы (один или несколько завитков);

спирохеты, которые в свою очередь, делятся на :

лептоспиры (завитки с загнутыми крючкообразными концами – S-образная форма);

боррелии (4-12 неправильных завитков);

трепонемы (14–17 равномерных мелких завитков).

Структуру бактерий изучают в основном с помощью электронной микроскопии (техника ультратонких срезов), дифференциального ультрацентрифугирования, цитохимических методов.

Структурные компоненты бактериальной клетки делятся на обязательные и необязательные .

Обязательными структурными компонентами являются:

Клеточная стенка,

Цитоплазматическая мембрана,

Цитоплазма с локализованными в ней рибосомами и ядерным аппаратом.

Необязательные структурные компоненты – капсула, микрокапсула, внеклеточная слизь, включения, жгутики, пили, споры.

2. Клеточная стенка

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.

Имеется 2 типа строения клеточной стенки у бактерий. В обоих случаях ее основу составляет пептидогликан муреин. У одних бактерий (1-й тип) он составляет до 90 % массы клеточной стенки и образует многослойный (до 10 слоев) каркас, при этом муреин ковалентно связан с тейхоевыми кислотами. Такие бактерии при окраске по методу Грама прочно удерживают комплекс генцианового фиолетового и йода; они окрашиваются в сине-фиолетовый цвет и называются грамположительными .

У бактерий со 2-м типом строения клеточной стенки поверх 2–3 слоев пептидогликана муреина располагается слой липополисахаридов. Эти бактерии при окраске по методу Грама не способны прочно удерживать комплекс генцианового фиолетового и йода и, соответственно, обесцвечиваются спиртом, прокрашиваясь дополнительным красителем – фуксином в розово-красный цвет. Они называются грамотрицательными .

В связи с различиями в строении клеточной стенки все бактерии делятся на 4 отдела:

грациликуты – бактерии с тонкой клеточной стенкой, грамотрицательные, к ним относятся различные извитые, палочковидные, кокковые формы бактерий, а также риккетсии и хламидии;

фирмикуты – бактерии с толстой клеточной стенкой, грамположительные, к ним относятся палочковидные, кокковые формы бактерий, а также актиномицеты, коринебактерии и микобактерии;

тенерикуты – бактерии без ригидной клеточной стенки (микоплазмы);

мендозикуты – архебактерии, отличающиеся дефектной клеточной стенкой, особенностями строения рибосом, мембран и рибосомальных РНК. Эта группа бактерий медицинского значения не имеет.

Из любой бактериальной клетки можно получить формы , полностью или частично лишенные клеточной стенки . Они называются, соответственно, протопласты и сферопласты , и, независимо от исходного морфологического типа бактерии, из-за отсутствия клеточной стенки принимают шарообразную или грушевидную форму. Кроме того, существуют L-формы бактерий, которые, в отличие от протопластов и сферопластов, способны к размножению , являясь вполне полноценными микробными клетками данного вида бактерий. L-формы разных видов бактерий морфологически неразличимы. Независимо от формы исходной клетки (кокки, палочки, вибрионы) они представляют собой сферические образования разных размеров . Различают стабильные L-формы, нереверсирующие в исходный морфотип , и нестабильные L-формы, реверсирующие в исходный при устранении причины , вызвавшей их образование. В процессе реверсии восстанавливается способность бактерий синтезировать пептидогликан (муреин) клеточной стенки. L-формы различных бактерий играют существенную роль в патогенезе многих хронических, рецидивирующих инфекционных заболеваний (бруцеллез, туберкулез, сифилис, хроническая гонорея и т. д.).

3. 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.

Вопрос 3. Необязательные структурные компоненты бактериальной клетки

1. Споры

Спорообразующие палочки называются бациллами .

Споры бактерий представляют собой бактериальные клетки в состоянии анабиоза и образуются при неблагоприятных условиях внешней среды (располагаются внутри клетки терминально, субтерминально или центрально).

В процессе спорообразования клетка почти полностью теряет воду, сморщивается, клеточная стенка уплотняется. Появляется новое вещество – дипиколинат кальция , которое образует комплексы с биополимерами клетки, устойчивые к действию температуры и ультрафиолетовых лучей. В окружающей среде споры бактерий могут сохраняться годами, но при попадании в благоприятные условия спора впитывает влагу, комплексы распадаются, дипиколинат разрушается, и спора превращается в вегетативную клетку.

Таким образом, спору следует рассматривать не как способ размножения, а только как форму существования бактериальной клетки в неблагоприятных условиях. При этом преобразования идут по следующей схеме: 1 клетка – 1 спора – 1 клетка, и увеличения количества бактериальных клеток не происходит.

Спорообразование характерно в основном для грамположительных бактерий. У грамотрицательных бактерий эквивалентом спорообразования является переход в так называемое некультивируемое состояние . В такой форме они также длительно сохраняются в окружающей среде.

При использовании окраски по Граму споры красители не воспринимают, поэтому на окрашенном фоне они бесцветны. Окрашиваются споры с помощью специальных методов окраски , например, по Ожешко или Клейну .

2. Жгутики

Многие бактерии имеют жгутики . Их количество и расположение у разных бактерий неодинаково. Монотрихии имеют только один жгутик (род Vibrio), лофотрихии – пучок жгутиков на одном полюсе клетки (род Pseudomonas), а у амфитрихо в жгутики (один или пучок) расположены на обоих полюсах клетки (род Spirillum), а у перитрихов – по всей поверхности (род Escherichia, Salmonella).

По своему строению жгутики представляют собой спирально закрученные нити , состоящие из специфического белка флагеллина , который по своей структуре относится к сократительным белкам типа миозина.

При окраске по Граму жгутики не видны. Изучать подвижность бактерии можно как с помощью микроскопических методов (фазово-контрастная микроскопия препаратов «висячая» или «раздавленная» капля), так и посевом уколом в полужидкий агар, или специальную среду – среду Пешкова .

3. Ворсинки

На поверхности ряда бактерий обнаружены белковые образования – ворсинки (фимбрии, пили). Фимбрии отходят от поверхности клетки и состоят из белка, называемого пилином . Различают более 60 видов ворсинок, из которых наиболее изучены F-pili (половые пили) и common pili (пили, ответственные за адгезию).

4. Капсула

Капсула бактерий – это утолщенный наружный слой клеточной стенки. Капсулы могут быть построены из полисахаридов (пневмококк) или белков (возбудитель сибирской язвы). Большинство бактерий, особенно патогенных, образует капсулу только в организме человека или животных. Однако существует род истинно капсульных бактерий (Klebsiella), представители которого образуют капсулу и при культивировании на искусственных питательных средах. Некоторые бактерии могут иметь микрокапсулу (выявляется только при электронной микроскопии), например, эшерихии, или неявно выраженную способность к капсулообразованию – так называемую «нежную» капсулу, например, золотистые стафилококки, менингококки.

Основное предназначение капсул – защита бактерий от фагоцитоза. При окраске мазков по Граму истинно капсульные бактерии имеют характерное взаиморасположение (на расстоянии друг от друга). При световой микроскопии капсулы четко не видны, в связи с чем наличие капсул у бактерий выявляется с помощью специальных методов окраски, например, по методу Гимзе . Для выявления капсул и бактерий, образующих их в организме, используют либо микроскопию мазков, приготовленных из патологического материала или мазков – отпечатков из органов погибших животных.

Вопрос 4. Питание и особенности метаболизма бактерий

1. Химические компоненты бактериальной клетки

По химическому составу и характеру биополимеров (белки, полисахариды, нуклеиновые кислоты, липиды) прокариотические клетки не отличаются от эукариотических. Основными химическими компонентами бактериальной клетки являются органогены (кислород, водород, углерод, азот, фосфор).

Процесс , в ходе которого бактериальная клетка получает из окружающей среды компоненты, необходимые для построения ее биополимеров (органоидов), называется питанием .

2. Питание бактерий

Бактериальные клетки не имеют специальных органов питания , т. е. являются голофитными. Поступление питательных веществ в микробную клетку может происходить :

за счет осмоса и диффузии по градиенту концентрации без затрат энергии;

за счет пассивного транспорта , который также осуществляется по градиенту концентрации с помощью белков-переносчиков, но без затрат клеткой энергии, и отличается от диффузии большей скоростью;

за счет активного транспорта , который идет против градиента концентрации с затратой энергии и возможным частичным расщеплением субстрата, осуществляется белками-переносчиками или ферментами – пермеазами .

По источникам углерода , необходимого для построения биополимеров, бактерии делятся на следующие группы :

автотрофы – микроорганизмы, которые используют как единственный источник углерода углекислый газ , и не нуждаются в сложных органических соединениях.

гетеротрофы – микроорганизмы, которые используют в качестве источника углерода разнообразные органические углеродосодержащие соединения (углеводы, углеводороды, аминокислоты, органические кислоты) как биологического , так и не биологического происхождения .

В зависимости от источника получения энергии микроорганизмы делятся на :

фототрофные , способные использовать солнечную энергию,

хемотрофные , получающие энергию за счет окислительно-восстановительных реакций.

В дополнение к этой классификации в зависимости от природы доноров электронов микроорганизмы подразделяются на фототрофные литотрофы и, соответственно, хемотрофные литотрофы , т. е. использующие в качестве доноров электронов неорганические соединения, а также, соответственно фото– и хемоорганотрофы, использующие только органические соединения. К последним принадлежит значительное большинство бактерий, в том числе и патогенные для человека виды.

По источникам азота выделяют:

азотфиксирующие микроорганизмы (способны усваивать молекулярный азот атмосферы),

Микроорганизмы, ассимилирующие неорганический азот солей аммония, нитратов или нитритов и, соответственно, называющиеся аммонифицирующими, нитратредуцирующими и нитритредуцирующими .

Однако большинство патогенных для человека микроорганизмов способны ассимилировать только азот органических соединений.

Микроорганизмы, способные синтезировать все необходимые им органические соединения (углеводы, аминокислоты и др.) из указанных компонентов, называются прототрофами .

Микроорганизмы, не способные синтезировать какое-либо из необходимых соединений, и ассимилирующие их в готовом виде из окружающей среды или организма хозяина (человека, животного), называются ауксотрофами по этому соединению. Чаще всего ими являются патогенные или условно-патогенные для человека микроорганизмы.

Морфология бактерий (прокариот)

Бактерии (греч. bakterion — палочка) — микроорганизмы с прокариотным типом строения. Преимущественно это одноклеточные организмы, однако существует немало форм, состоящих из многих клеток. Термин «прокариоты» равнозначен термину «бактерии».

Форма и размеры бактерий

По форме клеток бактерии подразделяются на три основные группы: шаровидные, или кокки, палочковидные и извитые (рис. 1).

Кокки (греч. kokkos — зерно, лат coccus — ягода). Имеют сферическую форму в виде правильного шара, эллипса, боба, ланцета. В зависимости от взаимного расположения клеток после деления различают: микрококки, или монококки, стафилококки, диплококки, стрептококки, тетракокки и сарцины.

Рис. 1. Основные формы бактерий

а — микрококки; б — диплококки и тетракокки; в — сарцины; г — стрептококки; д — стафилококки; е. ж — палочковидные бактерии; з — вибрионы; и — спириллы; к — спирохеты

Микрококки (лат. micrococcus — маленький) делятся в равных плоскостях и располагаются одиночно, парами или беспорядочно. Сапрофиты, обитают в почве, воде, воздухе. Например, Micrococcus luteus.

Стафилококки (греч. staphyle — виноградная гроздь) — кокки, делящиеся в различных плоскостях и располагающиеся несимметричными гроздями, иногда одиночно, парами, тетрадами. Сапрофиты и патогенные. Например, Staphylococcus aureus.

Диплококки (греч. diploos — двойной) делятся в одной плоскости, образуя попарно соединенные кокки. Например, Azotobacter chroococcum.

Стрептококки (греч. streptos — цепочка) — кокки, расположенные в виде цепочки, встречаются одиночные и парные клетки, иногда тетрады. Образуются при делении в одной плоскости. Сапрофиты и патогенные. Например, Streptococcus pyogenes.

Тетракокки (греч. tetra — четыре) — кокки, которые делятся в двух взаимно перпендикулярных плоскостях и располагаются по четыре.

Сарцины (лат. sarcio — связываю) — кокки, делящиеся в трех взаимно перпендикулярных плоскостях и образующие правильные пакеты по 8—16 клеток и более. Сапрофиты, встречаются в воздухе, почве, кишечнике животных и человека. Например, Sarcina ureae.

Палочковидные бактерии. Это самая многочисленная группа прокариот. Они имеют осевую симметрию и цилиндрическую форму тела с округлыми или заостренными концами. Палочковидные формы делят на две группы: неспоровые палочки — бактерии (Bacterium) и палочки, образующие споры, — бациллы (Bacillus). Палочки, у которых диаметр споры превышает ширину вегетативной клетки, принято называть клостридиями (Clostridium).

В зависимости от взаимного расположения клеток палочковидные бактерии подразделяют на одиночные и бессистемные скопления, диплобактерии и диплобациллы (располагающиеся попарно), а также стрептобактерии и стрептобациллы (формы, образующие длинные или короткие цепочки). Сапрофиты и патогенные виды. Например, Bacillus anthracis, Clostridium tetani.

К палочковидным формам также относят коринебактерии и фузобактерии.

Коринебактерии….греч. korync — булава) — прямые или изогнутые палочки с булавовидными утолщениями на концах. Сапрофиты, патогенны для животных и человека. Например, Corynebacterium pseudotuberculosis и др.

Фузобактерии — длинные, толстые, с заостренными концами палочки. Имеются патогенные виды — возбудитель некробактсриоза (Fusobacterium necrophorum).

Извитые бактерии. Обладают спиральной симметрией. К ним относятся вибрионы, спириллы и спирохеты.

Вибрионы (лат. vibrio — извиваюсь). Клетки вибрионов имеют цилиндрическую изогнутую форму, образуя 1/4—1/2 завитка спирали, и напоминают запятую. Сапрофиты и патогенные. Например, Vibrio cholerae.

Спириллы (лат, spira — изгиб) — бактерии, имеющие форму спирально извитых палочек с 4—6 витками. Обитают в пресной и морской воде. Преимущественно сапрофиты (Spirillum volutans); к патогенным видам относятся S. minus и кампилобактсры (Campylobacter fetus).

Спирохеты (spirochaeta; греч. speira — изгиб и chaite — длинные волосы) — прокариоты спирально извитой формы. У спирохет выявляется два типа витков: первичные — образованные изгибами протоплазматического цилиндра, и вторичные — представляющие изгибы всего тела. Спирохеты — эластичные спиралевидные длинные клетки, состоящие из осевой нити (аксистиля), цитоплазмы с рибосомами и включениями, нуклеоида, мезосом, цитоплазматической мембраны и клеточной стенки. Тонкая эластичная клеточная стенка состоит из наружной липопротеидной мембраны и несплошного слоя паптидогликана. Осевая нить растянута на всю длину клетки, выполняет локомоторную и опорную функции, содержит пучок из 2—150 аксиальных (опорных) фибрилл, состоящих из аминосахара кутина. Количество и величина фибрилл у разных видов неодинаковы. Протоплазматический цилиндр упакован спиралевидно и окружен аксиальными фибриллами, прикрепляющимися к дискам на его концах. Фибриллы заключены в перипласте (между цитоплазматической мембраной и клеточной стенкой). Движение спирохет осуществляется за счет активного сокращения осевой нити и протоплазматического цилиндра; формы движения разнообразны: вращательное, поступательное, сгибательное.

Размножаются поперечным делением. В неблагоприятных условиях спирохеты могут переходить в цисту — укороченную и свернутую в спираль, окруженную прочной оболочкой клетку.

По морфологии (размерам, числу и форме завитков), количеству осевых фибрилл, характеру движения, типу биологического окисления, экологии, патогенности в пределах группы спирохет дифференцируют: спирохеты, кристиспиры, трепонемы, боррелии и лептоспиры.

Спирохеты и кристиспиры обитают в открытых водоемах, иле, сточных водах; для позвоночных непатогенны. Кристиспиры — гигантские прокариоты (28—150 мкм) спирально изогнутой формы с плоской зернистой килевидной мембраной (криста), идущей вдоль тела клетки. Число фибрилл более 100.

Трепономы — спиралевидно извитые эластичные бактерии, размер 0,1—0,5, 5—20 мкм; осевая нить состоит из 1 или 4 фибрилл; хорошо выражены равномерные или неравномерные завитки; подвижны. Типовой вид — Treponema pallidum.

Боррелии — извитые нитевидные бактерии, размер 0,2— 0,5 Х5—30 мкм; осевая нить состоит из 15—20 параллельных фибрилл.

Лептоспиры — спиралевидные бактерии диаметром 0,1—0,25 мкм и длиной 6—30 мкм, формирующие около 20 мелких, тесно расположенных первичных завитков и 1—2 вторичных, придающих клетке форму, букв Г, S, С. Осевая нить состоит из 2 фибрилл. Главный тип движения — вращательно-поступательный. Например, Leptospira interrogans.

Бактерии не видимы невооруженным глазом. Поэтому для их изучения используют световые и электронные микроскопы. Клетки бактерий измеряются в микрометрах (1 мкм =10" м), элементы тонкого строения — в нанометрах (1нм = 10 м). Предел разрешения светового микроскопа составляет 0,2 мкм, современных моделей электронных микроскопов — 0,15—0,3 нм. Средние размеры прокариот лежат в пределах 0,5—3 мкм. Наиболее стабильны кокчи — их размер 0,5—2 мкм. Палочковидные формы обычно длиной 2—10 и шириной 0,5—1 мкм, мелкие палочки соответственно 0,7—1,5 и 0,2—0,4 мкм.

В 1967 г. Адлер описал мини-клетки. Они примерно в 10 раз меньше исходных бактерий, не содержат хромосомную ДНК и имеют только плазмидную. Среди бактерий могут быть гиганты, достигающие в длину 125 мкм и более. Размеры спирохет 0,2—0,75 х 5—500 мкм.

ЗАНЯТИЕ № 1

ТЕМА: ОСНОВНЫЕ МОРФОЛОГИЧЕСКИЕ ГРУППЫ МИКРООРГАНИЗМОВ. МОРФОЛОГИЯ И УЛЬТРАСТРУКТУРА БАКТЕРИАЛЬНОЙ КЛЕТКИ.

ПЕРЕЧЕНЬ КОНТРОЛЬНЫХ ВОПРОСОВ

    Формы и размеры истинных бактерий. Характеристика шарообразных, палочковидных и извитых форм истинных бактерий.

    Структура бактерий. Основные отличия прокариотной клетки от эукариотной.

    Клеточная стенка грамположительных и грамотрицательных бактерий.

    Типы микроскопических препаратов. Техника приготовления фиксированных препаратов.

    Техника микроскопии в световом микроскопе. Изучение морфологии микроорганизмов в электронном микроскопе.

    Тинкториальные свойства микробов. Красители. Простые способы окраски фиксированных препаратов.

    Принципы классификации патогенных прокариот (Берджи, 2001).

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА

1 Ознакомиться с организацией работы кафедры, оснащением и режимом работы бактериологической лаборатории.

2 Приготовить препараты-мазки стафилококка со скошенного агара, зафиксировать, окрасить водно-спиртовым раствором метиленового синего.

3 Изучить правила и технику иммерсионной микроскопии.

4 Приготовить мазки из смеси бульонных культур кишечной палочки, антракоида, сарцин, зафиксировать, окрасить водным раствором фуксина.

5 В демонстрационных препаратах изучить морфологию микроорганизмов :

Стрептококки

в чистой культуре

Пневмококки

в органах белых мышей

Гонококки

в гное уретры

Вибрионы

в чистой культуре

Боррелии

в мазке крови

Окраска по Граму х1000

Окраска по Граму х1000

Окраска по Граму х1000

Окраска по Граму х1000

х1000 Окраска по Романовскому -Гимзе

Грам+кокки расположены цепочкой

Грам+кокки расположены парами (диплококки) окружены слизистой капсулой,

Грам- кокки бобовидной формы расположены парами (диплококки)

Грам- подвижные палочки слегка изогнутой формы формы расположены беспорядочно

Подвижные изогнутые (3-8 завитков), сине-фиолетового цвета располагаются беспорядочно

(указать методы окраски микроскопических препаратов и особенности морфологии микроорганизмов – форму и расположение в препарате)

    Формы и размеры истинных бактерий. Характеристика шарообразных, палочковидных и извитых форм истинных бактерий.

Микробиология – (от греч. micros-малый, bios-жизнь, logos-учение) – наука, изучающая строение, жизнедеятельность и экологию микроорганизмов – мельчайших форм живых организмов, которые невозможно увидеть невооруженным глазом. Микробиология изучает всех представителей микромира (бактерии, грибы, простейшие, вирусы). Микроорганизмы в зависимости от молекулярно-биологической организации подразделяют на прокариотов и эукариотов. Прокариоты (от греч. karion-ядро) – доядерные простейшие одноклеточные формы жизни, не имеющие ядерной мембраны и высокоорганизованных органелл. К ним относятся бактерии, актиномицеты и сине-зеленные водоросли. К эукариотам, имеющим оформленное ядро и высокоорганизованные органеллы относятся одноклеточные и многоклеточные организмы – простейшие, грибы, водоросли (кроме сине-зеленных).

Структура бактерий. Основные отличия прокариотной клетки от эукариотной.

По форме клеток собственно бактерии подразделяются на шаровидные, палочковидные и извитые. Шаровидные бактерии-кокки, имеют сферическую форму. Одни располагаются беспорядочно (микрококки), другие парами (диплококки), третьи – цепочками (стрептококки), четвертые в виде пакетов, состоящих из четырех (тетракокки) или восьми (сарцины) кокков. Кокки располагающиеся скоплениями напоминающими виноградную гроздь называют стафилококками. Палочковидные бактерии, имеющие цилиндрическую форму, различаются по форме клеток, размером. Извитые формы бактерии представлены изогнутыми палочками изгибы, которых имеют один или несколько оборотов спирали.

Клетка – универсальная структурная единица живой материи . Организация бактериальной клетки такова, что она позволяет ей координировать все процессы жизнедеятельности, за определенный срок удваивать свою биомассу и размножаться путем бинарного деления. В составе бактериальной (прокариотической) клетки можно выделить различные структуры:клеточная стенка (по химической структуре которых, различают грамположительные и грамотрицательные бактерии), периплазматическое пространство, цитоплазматическая мембрана, цитоплазма, нуклеоид (генетический материал), мезосома (у эукариотов митохондрии), включения, рибосомы, у некоторых бактерии – капсула, микрокапсула, жгутик, плазмида, донорная ворсинка, фимбрии (реснички), спора.

Клеточная стенка – прочная, упругая, структура, придающая бактерии определенную форму и вместе с подлежащей цитоплазматической мембраной, сдерживающая высокое осмотическое давление в клетке. Они участвуют в процессе деления и транспорте метаболитов. Клеточная стенка грамположительных бактерии имеет однородную структуру, пластичный слой, слой тонкий и ковалентно связан с ригидным слоем. Она значительно толще, чем у грамотрицательных – ее толщина 20-60 нм. Основную массу стенки составляет пептидогликан. Он представлен не 1-2 слоями, как у грамотрицательных бактерий, а 5-6. С пептидогликаном ковалентно связаны тейхоевые кислоты (от греч. teichos-стенка). Особенностью пептидогликанов грамположительных бактерии является то, что в них часто нет диаминопимелиновой кислоты. В клеточной стенке грамположительных бактерии содержится небольшое количество липидов, полисахаридов и белков. Клеточная стенка грамотрицательных бактерий значительно тоньше, толщина составляет 14-18 нм. Основная особенность в том, что ригидный слой тонкий, представлен 1-2 слоями пептидогликана, в котором почти всегда имеется диаминопимелиновая кислота. В составе клеточной стенки содержится много липопротеинов, фосфолипидов, липополисахарид, больше белка, и, как правило, отсутствует тейхоевые кислоты. Пластичный слой клеточной стенки представляет сложную мозаику, образованную из липопротеинов, липополисахаридов и наружной мембраны. Нарушение синтеза, клеточной стенки лежит в основе L-трансформации бактерий. Она может быть обратимой и необратимой. Факторами, индуцирующими ее, являются различные антибиотики, угнетающие биосинтез клеточной стенки (пенициллин, циклосерин), ферменты (лизоцим, амидаза), антимикробные антитела, высокие концентрации некоторых аминокислот, особенно глицина и фенилаланина. L-трансформация является частной причиной перехода острых форм заболеваний в хронические и их обострений, и является одной из форм приспособления к неблагоприятным условиям существования. Протопласты – полное лишение клеточной, а частичное лишение – сферопласты.

Характеристика структурных элементов бактериальной клетки: цитоплазматической мембраны, капсулы, жгутиков, донорных ворсинок, фимбрий, или ресничек, спор – их химическая структура, биологическое значение для бактериальной клетки.

Цитоплазматическая мембрана (ЦМ) является исключительно полифункциональной структурой: воспринимает всю химическую информацию, поступающую в клетку из внешней среды, является основным осмотическим барьером: участвует в регуляции роста и клеточного деления бактерии, в процессах транспорта питательных веществ в клетку, участвует в синтезе компонентов клеточной стенки и др. На долю ЦМ приходится 10% сухого веса бактерий. Она содержит 25-40% фосфолипидов, образующих два слоя, 20-75% белков и до 6% углеводов. Цитоплазма бактерий представляет собой сложную коллоидную систему в ней нет эндоплазматического ретикулума и других цитоплазматических органелл, свойственных эукариотам, она не подвижна. В ней находятся нуклеоид, плазмиды, рибосомы, мезосомы, включения, гранулы гликогена, волютина. У разных биологических групп бактерий могут быть и другие внутрицитоплазматические включения метаболического происхождения. Между ЦМ и внутренним слоем пептидогликана находятся периплазматическое пространство, которое играет существенную роль во взаимодействии ЦМ и клеточной стенки, в нем содержится различные ферменты: по преимуществу фосфатазы, связывающие белки, олигосахариды и др. вещества.

У бактерий различают микрокапсулу, капсулу и слизистый слой. Они относятся к факторам патогенности (болезнетворности) бактериальной клетки, так как они сохраняют (защищают) его от защитных факторов организма человека и животных. Микрокапсула выявляется при электронной микроскопии в виде коротких мукополисахаридных фибрилл. Капсула представляет собой слизистый слой и служит внешним покровом бактерий, толщина ее более 0,2 мкм, она четко обнаруживается под микроскопом после окрашивания по способу Бурри-Гинса. В образовании капсулы принимает участие ЦМ.

Совместно с клеточной стенкой и ЦМ они образуют мощную оболочку бактерии, предохраняют от высыхания, несут для них запасные питательные вещества.

У бактерии органом движения являются жгутики, которые представляют собой тонкие длинные нитевидные белковые образования диаметром 12-30 нм и длиной от 6-9 до 80 мкм. Белок, из которого построены жгутики, получили название флагеллина.

По характеру расположение жгутиков и их количеству подвижные бактерии делят на 4 группы:

Монотрихи – один полярно расположенный жгутик.

Лофотрихи – пучок жгутиков на одном конце

Амфитрихи – пучки жгутиков на обоих концах клетки

Перитрихи – множество жгутиков, расположенных вокруг клетки.

Жгутик состоит из трех компонентов – спиральной жгутиковой нити, крючка и базального тельца. У бактерий, являющихся носителями конъюгативных плазмид, имеются длинные нитевидные структуры белковой природы, получившие название донорных ворсинок, или донорных пилей.

Фимбрии – короткие нити, в большом количестве окружающие бактериальную клетку, они прикреплены к клеточной стенке, но значительно короче и тоньше. С их помощью бактерии прикрепляются к чувствительным клеткам.

Некоторые роды бактерий при неблагоприятных для их существования условиях образуют защитные формы – споры. Споры представляют собой своеобразные покоящиеся клетки: у них низкая метаболическая активность, но они обладают высокой устойчивостью к высушиванию, действию повышенной температуры и различных химических веществ. Диаметр споры может не превышать диаметра вегетативной клетки или превышает его. Споры в клетке могут располагаться центрально, 7

субтерминально, терминально. В процессе спорообразования бактериальная клетка подвергается сложной перестройке. Сформировавшаяся эндоспора состоит из протопласта с нуклеоидом, стенки споры, кортекса, оболочки и экзоспория. У многих видов грамотрицательных бактерий, не образующих спор, существует особое приспособительное состояние, физиологически эквивалентное цистам, при котором такие бактерии не размножаются и сохраняют жизнеспособность и получили название некультивируемых форм бактерий (НФБ). НФБ обладают высокой устойчивостью во внешней среде.

    Клеточная стенка грамположительных и грамотрицательных бактерий.

Окраска по методу Грама (модификация Синева). При окраске по Граму в клетках на уровне клеточной стенки идет образование комплекса генцианового фиолетового + йод. Этот комплекс не растворим в воде и слабо растворим в спирте. При обработке этанолом он проходит через клеточную оболочку грамотрицательных микроорганизмов и выводится, клетки становятся бесцветными, при докрашивании фуксином они приобретают красный цвет. Клеточная стенка грамположительных бактерий, благодаря присутствию большого количества пептидогликана и меньшему диаметру спор, способствует удержанию образовавшегося комплекса, и клетки сохраняют сине-фиолетовый цвет. Способность окрашиваться по Граму – достаточно видовой признак, иногда может зависеть от возраста клеток.

    Типы микроскопических препаратов. Техника приготовления фиксированных препаратов.

    Техника микроскопии в световом микроскопе. Изучение морфологии микроорганизмов в электронном микроскопе.

Микроскоп состоит из двух частей – оптической и механической. К оптической части относятся объективы, которые состоят из фронтальной и коррекционных линз, с их помощью достигается увеличение объекта и коррекция его оптического изображения. Объективы подразделяются на сухие и иммерсионные. Предельная разрешающая способность иммерсионного микроскопа 0,2 мкм. Общее увеличение микроскопа определяется произведением увеличения объектива на увеличение окуляра.

Порядок микроскопии препаратов с иммерсионным объективом:

На приготовленный и окрашенный мазок нанести небольшую каплю иммерсионного масла, поместить препарат на предметный столик.

Установить иммерсионный объектив 90.

Осторожно опустить тубус микроскопа до погружения объектива в каплю масла.

Установить ориентировочный фокус при помощи макрометрического винта.

Провести окончательную фокусировку препарата микрометрическим винтом. Нельзя допускать соприкосновение объектива с препаратом, возможна поломка препарата или фронтальной линзы. По окончании работы необходимо тряпочкой тщательно вытереть масло с иммерсионного объектива .

Темнопольная микроскопия основана на использовании эффекта Тиндаля (дифракция света при сильном боковом освещении взвешенных в жидкости мельчайших частиц). Для этого обычный конденсор в микроскопе заменяется на параболоид или кардиоид конденсор. Краевые лучи, выходящие из темнопольного конденсора, проходят в косом направлении, не попадают в объектив, в связи, с чем поле зрения остается темным. В объектив поступают отраженные от объектива лучи, образуя характерное изображение ярко светящихся контуров микробных клеток, находящихся в препарате на темном фоне.

Фазово-контрастная микроскопия основана на превращении изменений по фазе, возникающих при прохождении световой волны через прозрачные (фазовые) объекты, в изменения по амплитуде, в результате чего прозрачные объекты становятся видимыми в микроскоп. При этом достигается высокая контрастность изображения, которая может быть позитивной (темное изображение объекта в светлом поле зрения) или негативной (светлое изображение объекта на темном фоне).

Люминесцентная или флюоресцентная микроскопия основана на явлении фотолюминесценции (свечение объекта под влиянием света). Первичная (собственная) люминесценция наблюдается без предварительного окрашивания объекта, вторичная (наведенная) возникает после окраски препаратов люминесцирующими красителями – флюорохромами. Достоинствами этого метода микроскопии являются возможность исследования живых микроорганизмов и обнаруживания их в исследуемом материале в небольших концентрациях вследствие высокой степени контрастности.

Электронная микроскопия применяется для исследования объектов, размеры которых лежат за пределами разрешающей способности светового микроскопа (вирусов, макромолекулярных структур и др. субмикроскопических структур), а также для изучения тонкого строения различных микроорганизмов. Основана на использовании вместо световых лучей, потока электронов, имеющего длину около 0,005 нм, т.е. почти в 100 000 раз короче волны видимого света. Высокая разрешающая способность электронного микроскопа (0,1-0,2 нм) позволяет получить полезные увеличения до 1 000 000 раз. Кроме приборов "просвечивающего" типа используют сканирующие электронные микроскопы, дающие рельефное изображение поверхности объекта.

    Тинкториальные свойства микробов. Красители. Простые способы окраски фиксированных препаратов.

Для количественного учета, изучения морфологии, выявления спор, капсул, органоидов, включений мазок необходимо зафиксировать и окрасить. Мазок готовят на обезжиренном стекле, на который наносят небольшое количество воды. В этой капле эмульгируют исследуемый материал, который распределяют тонким слоем на поверхности около 2 см.. Если культура в жидкой среде, то его берут петлей или стерильной пипеткой и каплю наносят непосредственно на стекло (без воды). После этого мазок высушивают на воздухе и фиксируют. В процессе фиксации микробные клетки погибают, этим достигается безопасность работы с ними, что особенно важно для работы с патогенными микроорганизмами. Убитые микроорганизмы лучше воспринимают красители, чем живые. Кроме того, в фиксированном мазке клетки прикрепляются к стеклу и не смываются при последующей обработке.

Методы фиксации. Физический метод – фиксация мазка над пламене горелки или спиртовки в течение нескольких секунд мазком вверх. Химический метод – более мягкий. При этом мазок погружают в фиксатор на определенное время или жидкость наливают на мазок. В качестве фиксаторов используют: 1) этанол – 10-15 мин; 2) ацетон – 5 мин; 3) смесь Никифорова (этанол+эфир – 1:1) – 1015 мин; 4) метанол – 3 мин; 5) формалин (несколько секунд). После фиксации мазок можно окрашивать.

Окраску мазков производят простым или сложными методами . При простых методах мазок окрашивают каким либо одним красителем, используя красители анилинового ряда (кислые). Наливают краситель на фиксированный мазок на определенное время и смывают водой, высушивают и микроскопируют в иммерсионной системе. Сложные методы окраски применяют для изучения структуры клетки и дифференсации микроорганизмов при этом используют несколько красителей, в некоторых случаях спирты, кислоты.

    Принципы классификации патогенных прокариот (Берджи, 2001).

Все микроорганизмы различаются друг от друга по многим признакам, и прежде всего по уровню организации геномов, наличию и составу белоксинтезирующих систем и клеточной стенки. В соответствии с этими признаками все известные живые существа делят на 4 царства: Эукариоты, эубактерии, архебактерии, вирусы и плазмиды. К прокариотам, объединяющим эубактерии и архебактерии, относятся бактерии, низкие водоросли, спирохеты, актиномицеты, риккетсии, микоплазмы. Простейшие, дрожжи и нитчатые грибы – эукариоты. Систематика занимается описанием видов организмов, выяснением степени родственных отношений между ними и объединением их в различные классификационные единицы (таксоны). Основной таксономической единицей в биологии является вид. Последующие таксономические единицы: род, семейство, порядок и класс. Это обязательные категории. Подрод, подриба, триба, подсемейство подпорядок, подкласс – дополнительные категории. Согласно определителю Берги, царство прокариот в зависимости от характера их клеточных стенок разделено на 4 большие группы, или отдела.

1) Грациликуты или тонкокожие – к нему относятся грамположительные бактерии.

2) Фирмикуты или толстокожие – к нему относятся грамположительные бактерии.

3) Тенерикуты или нежнокожие – организмы, не имеющие клеточной стенки – микоплазмы.

4) Мендосикуты – бактерии, большинство из которых хотя и имеют клеточную стенку, но она не содержит пептидогликана – сюда относятся архебактерии.

По классификации Берги все прокариоты делятся на 17 частей. Для обозначения видов бактерий используют бинарную номенклатуру, состоящую из названия рода (пишется с заглавной буквы) и вида (пишется всегда со строчной буквы и состоит из одного слова).

Бактериологические, вирусологические лаборатории входят в состав санитарно-эпидемиологических станций (СЭС) и крупных больниц. В лабораториях СЭС выполняются бактериологические, вирусологические, серологические анализы материалов полученных от больных и контактирующих с ними лиц, обследуются бактерионосители и проводятся санитарно-микробиологические исследования воды, воздуха, почвы, пищевых продуктов и пр. В бактериологических и серологических лабораториях больниц проводятся диагностические исследования при кишечных и гнойных инфекциях (дифтерии, туберкулеза и др.), а также исследования по контролю за качеством дезинфекции и стерилизации. Диагностика особо опасных инфекций (чумы, холера, туляремия, бруцеллез, сибирская язва и др.) проводятся в специальных лабораториях. В вирусологических лабораториях проводятся диагностика заболеваний вызванных вирусами (грипп, корь, краснуха, клещевой энцефалит, полиомиелит и др.) хламидиями (орнитоз и др.) и риккетсиями (сыпной тиф, Ку-лихорадка и др.)

В каждой лаборатории предусмотрены следующие помещения:

1) бокс для работы с отдельными группами бактерий или вирусами в асептических условиях;

2) специально оборудованное помещение для стерилизации (автоклавная), для стерилизации питательных сред, посуды, обеззараживания отработанного инфицированного материала;

3) моечная, оборудованная для мытья посуды;

4) оборудованная комната для иммунологических (серологических) исследований;

5) помещение для приготовления питательных сред;

6) помещение для приготовления препаратов и посевов;

7) виварий с боксами для содержания лабораторных животных;

8) регистратура для приема, выдачи анализов.

Лаборатории оснащены следующими оборудованием: биологическими иммерсионными микроскопами, с дополнительными приспособлениями (осветитель, фазово-контрастное устройство, темнопольный конденсор и др.), люминесцентным микроскопом, термостатами, анаэростатами, приборами для стерилизации (автоклав, сушильный шкаф), рН-метрами, дистиллятором, центрифугами, весами аппаратурой для фильтрования, водяными банями, холодильниками, аппаратом для изготовления ватно-марлевых пробок, набором инструментов (бактериологические петли, шпатели, иглы, пинцеты и др.), лабораторной посудой (пробирки, колбы, чашки Петри, флаконы, ампулы, пипетки и др.). Все помещения лаборатории должны быть обеспечены вентиляцией, водопроводом, канализацией, электроэнергией. Стены должны быть окрашены масляной краской или покрыты кафельной плиткой, пол линолеум. В крупных лабораториях имеются термостатные комнаты для массового выращивания микроорганизмов. Каждое рабочее место лаборатории должно быть снабжено газовой горелкой или спиртовкой, банкой с дезинфицирующим раствором. Лабораторные столы оборудуются микроскопом с осветителем, набором красителей и реактивов для окраски препаратов, бактериальными петлями, крючком, иглой, шпателем, Пастеровскими и градуированными пипетками, предметными и покровными стеклами, пинцетами, ванночкой для приготовления и окраски мазков, ватой в стеклянном сосуде, карандашом по стеклу, фильтровальной бумагой.

Учитывая, что работа в микробиологической лаборатории медицинского учреждения проводится с возбудителями инфекционных заболеваний, персонал для предохранения от заражения, должен строго соблюдать правила внутреннего порядка:

1) Входить в лабораторию и работать в ней только в медицинских халатах, шапочках и в сменной обуви. В необходимых случаях персонал надевает на лицо маску из марли. Работа с особо опасными микроорганизмами регламентируется спец. инструкцией и проводится в режимных лабораториях.

2) В лабораториях запрещается принимать пищу, курить.

3) Рабочее место должно содержаться в образцовом порядке, личные вещи сотрудников следует хранить в специально отведенном месте.

4) При случайном попадании инфекционного материала на стол, пол, одежду, обувь это место необходимо обработать дезинфицирующим раствором.

5) Использованные пипетки, предметные стекла, шпатели, ватные тампоны необходимо помещать в сосуд с дезинфицирующим раствором. Пинцеты, бактериальные петли, иглы следует прожигать в пламени горелки.

6) Обработанные культуры, использованный микробный материал, трупы зараженных животных необходимо сдавать для обеззараживания.

7) Хранение, наблюдение за культурами микроорганизмов и их уничтожение должны проводится согласно специальной инструкции. Все культуры патогенных микроорганизмов регистрируются в специальном журнале.

Микробиология изучает строение, жизнедеятельность, условия жизни и развития мельчайших организмов, называемых микробами, или микроорганизмами.

«Невидимые, они постоянно сопровождают человека, вторгаясь в его жизнь то как друзья, то как враги», — сказал академик В. Л. Омельянский. Действительно, микробы есть везде: в воздухе, в воде и в почве, в организме человека и животных. Они могут быть полезны, и их используют в производстве многих пищевых продуктов. Они могут быть вредны, вызывать заболевания людей, порчу продуктов и др.

Микробы были открыты голландцем А. Левенгуком (1632-1723) в конце XVII в., когда он изготовил первые линзы, дававшие увеличение в 200 и более раз. Увиденный микромир поразил его, Левенгук описал и зарисовал микроорганизмы, обнаруженные им на различных объектах. Он положил начало описательному характеру новой науки. Открытия Луи Пастера (1822-1895) доказали, что микроорганизмы отличаются не только формой и строением, но и особенностями жизнедеятельности. Пастер установил, что дрожжи вызывают спиртовое брожение, а некоторые микробы способны вызывать заразные болезни людей и животных. Пастер вошел в историю как изобретатель метода вакцинации против бешенства и сибирской язвы. Всемирно известен вклад в микробиологию Р. Коха (1843-1910) — открыл возбудителей туберкулеза и холеры, И. И. Мечникова (1845-1916) — разработал фагоцитарную теорию иммунитета, основоположника вирусологии Д. И. Ивановского (1864-1920), Н. Ф. Гамалея (1859-1940) и многих других ученых.

Классификация и морфология микроорганизмов

Микробы - это мельчайшие, преимущественно одноклеточные живые организмы, видимые только в микроскоп. Размер микроорганизмов измеряется в микрометрах — мкм (1/1000 мм) и нанометрах — нм (1/1000 мкм).

Микробы характеризуются огромным разнообразием видов, отличающихся строением, свойствами, способностью существовать в различных условиях среды. Они могут быть одноклеточными, многоклеточными и неклеточными.

Микробы подразделяют на бактерии, вирусы и фаги, грибы, дрожжи. Отдельно выделяют разновидности бактерий — риккетсии, микоплазмы, особую группу составляют простейшие (протозои).

Бактерии

Бактерии — преимущественно одноклеточные микроорганизмы размером от десятых долей микрометра, например микоплазмы, до нескольких микрометров, а у спирохет — до 500 мкм.

Различают три основные формы бактерий — шаровидные (кокки), палочковидные (бациллы и др.), извитые (вибрионы, спирохеты, спириллы) (рис. 1).

Шаровидные бактерии (кокки) имеют обычно форму шара, но могут быть немного овальной или бобовидной формы. Кокки могут располагаться поодиночке (микрококки); попарно (диплококки); в виде цепочек (стрептококки) или виноградных гроздьев (стафилококки), пакетом (сарцины). Стрептококки могут вызывать ангину и рожистое воспаление, стафилококки — различные воспалительные и гнойные процессы.

Рис. 1. Формы бактерий: 1 — микрококки; 2 — стрептококки; 3 — сардины; 4 — палочки без спор; 5 — палочки со спорами (бациллы); 6 — вибрионы; 7- спирохеты; 8 — спириллы (с жгутиками); стафилококки

Палочковидные бактерии самые распространенные. Палочки могут быть одиночными, соединяться попарно (диплобактерии) или в цепочки (стрептобактерии). К палочковидным относятся кишечная палочка, возбудители сальмонеллеза, дизентерии, брюшного тифа, туберкулеза и др. Некоторые палочковидные бактерии обладают способностью при неблагоприятных условиях образовывать споры. Спорообразующие палочки называют бациллами. Бациллы, напоминающие по форме веретено, называют клостридиями.

Спорообразование представляет собой сложный процесс. Споры существенно отличаются от обычной бактериальной клетки. Они имеют плотную оболочку и очень малое количество воды, им не требуются питательные вещества, а размножение полностью прекращается. Споры способны длительно выдерживать высушивание, высокие и низкие температуры и могут находиться в жизнеспособном состоянии десятки и сотни лет (споры сибирской язвы, ботулизма, столбняка и др.). Попав в благоприятную среду, споры прорастают, т. е. превращаются в обычную вегетативную размножающуюся форму.

Извитые бактерии могут быть в виде запятой — вибрионы, с несколькими завитками — спириллы, в виде тонкой извитой палочки — спирохеты. К вибрионам относится возбудитель холеры, а возбудитель сифилиса — спирохета.

Бактериальная клетка имеет клеточную стенку (оболочку), часто покрытую слизью. Нередко слизь образует капсулу. Содержимое клетки (цитоплазму) отделяет от оболочки клеточная мембрана. Цитоплазма представляет собой прозрачную белковую массу, находящуюся в коллоидном состоянии. В цитоплазме находятся рибосомы, ядерный аппарат с молекулами ДНК, различные включения запасных питательных веществ (гликогена, жира и др.).

Микоплазмы - бактерии, лишенные клеточной стенки, нуждающиеся для своего развития в ростовых факторах, содержащихся в дрожжах.

Некоторые бактерии могут двигаться. Движение осуществляется с помощью жгутиков — тонких нитей разной длины, совершающих вращательные движения. Жгутики могут быть в виде одиночной длинной нити или в виде пучка, могут располагаться по всей поверхности бактерии. Жгутики есть у многих палочковидных бактерий и почти у всех изогнутых бактерий. Шаровидные бактерии, как правило, не имеют жгутиков, они неподвижны.

Размножаются бактерии делением на две части. Скорость деления может быть очень высокой (каждые 15-20 мин), при этом количество бактерий быстро возрастает. Такое быстрое деление наблюдается на пищевых продуктах и других субстратах, богатых питательными веществами.

Вирусы

Вирусы — особая группа микроорганизмов, не имеющих клеточного строения. Размеры вирусов измеряются нанометрами (8-150 нм), поэтому их можно увидеть только с помощью электронного микроскопа. Некоторые вирусы состоят только из белка и одной из нуклеиновых кислот (ДНК или РНК).

Вирусы вызывают такие распространенные болезни человека, как грипп, вирусный гепатит, корь, а также болезни животных — ящур, чуму животных и многие другие.

Вирусы бактерий называют бактериофагами , вирусы грибов - микофагами и т. п. Бактериофаги встречаются повсюду, где есть микроорганизмы. Фаги вызывают гибель микробной клетки и могут использоваться для лечения и профилактики некоторых инфекционных заболеваний.

Грибы являются особыми растительными организмами, которые не имеют хлорофилла и не синтезируют органические вещества, а нуждаются в готовых органических веществах. Поэтому грибы развиваются на различных субстратах, содержащих питательные вещества. Некоторые грибы способны вызывать болезни растений (рак и фитофтора картофеля и др.), насекомых, животных и человека.

Клетки грибов отличаются от бактериальных наличием ядер и вакуолей и похожи на растительные клетки. Чаще всего они имеют форму длинных и ветвящихся или переплетающихся нитей - гифов. Из гифов образуется мицелий, или грибница. Мицелий может состоять из клеток с одним или несколькими ядрами или быть неклеточным, представляя собой одну гигантскую многоядерную клетку. На мицелии развиваются плодовые тела. Тело некоторых грибов может состоять из одиночных клеток, без образования мицелия (дрожжи и др.).

Грибы могут размножаться разными путями, в том числе вегетативным путем в результате деления гиф. Большинство грибов размножаются бесполым и половым путями при помощи образования специальных клеток размножения - спор. Споры, как правило, способны длительно сохраняться во внешней среде. Созревшие споры могут переноситься на значительные расстояния. Попадая в питательную среду, споры быстро развиваются в гифы.

Обширную группу грибов представляют плесневые грибы (рис. 2). Широко распространенные в природе, они могут расти на пищевых продуктах, образуя хорошо видные налеты разной окраски. Причиной порчи продуктов часто являются мукоровые грибы, образующие пушистую белую или серую массу. Мукоровый гриб ризопус вызывает «мягкую гниль» овощей и ягод, а гриб ботритис покрывает налетом и размягчает яблоки, груши и ягоды. Возбудителями плесневения продуктов могут быть грибы из рода пениииллиум.

Отдельные виды грибов способны не только приводить к порче продуктов, но и вырабатывать токсические для человека вещества — микотоксины. К ним относятся некоторые виды грибов рода аспергиллус, рода фузариум и др.

Полезные свойства отдельных видов грибов используют в пищевой и фармацевтической промышленности и других производствах. Например, грибы рода пениииллиум применяются для получения антибиотика пенициллина и в производстве сыров (рокфора и камамбера), грибы рода аспергиллус — в производстве лимонной кислоты и многих ферментных препаратов.

Актиномицеты — микроорганизмы, имеющие признаки и бактерий, и грибов. По строению и биохимическим свойствам актиномицеты аналогичны бактериям, а по характеру размножения, способности образовывать гифы и мицелий похожи на грибы.

Рис. 2. Виды плесневых грибов: 1 — пениииллиум; 2- аспергиллус; 3 — мукор.

Дрожжи

Дрожжи — одноклеточные неподвижные микроорганизмы размером не более 10-15 мкм. Форма клетки дрожжей бывает чаще круглой или овальной, реже палочковидной, серповидной или похожей на лимон. Клетки дрожжей своим строением похожи на грибы, они также имеют ядро и вакуоли. Размножение дрожжей происходит почкованием, делением или спорами.

Дрожжи широко распространены в природе, их можно обнаружить в почве и на растениях, на пищевых продуктах и различных отходах производства, содержащих сахара. Развитие дрожжей в пищевых продуктах может приводить к их порче, вызывая брожение или закисание. Некоторые виды дрожжей обладают способностью превращать сахар в этиловый спирт и углекислый газ. Этот процесс называется спиртовым брожением и широко используется в пищевой промышленности и виноделии.

Некоторые виды дрожжей кандида вызывают заболевание человека — кандидоз.

Морфология микроорганизмов – это наука, изучающая их форму, строение, способы передвижения и размножения.

Микробы, наиболее часто встречающиеся в процессе приготовления пищи, делят на бактерии, плесневые грибы, дрожжи и вирусы. Большинство микробов - одноклеточные организмы, размер которых измеряется в микрометрах - мкм (1/1000 мм) и нанометрах - нм (1/1000 мкм).

Бактерии.

Бактерии - одноклеточные, наиболее изученные микроорганизмы размером 0,4-10 мкм. По форме бактерии бывают шаровидные, палочковидные и извитые (рис. 1). Бактерии шаровидной формы называются кокками.

В зависимости от размеров и расположения клеток встречаются микрококки (одиночные клетки), диплококки (группа из двух клеток), стрептококки (в виде цепочки клеток), стафилококки (скопления клеток в виде виноградной грозди). Размеры клеток шаровидных бактерий составляют 0,2-2,5 мкм.

Палочковидные бактерии встречаются в виде одиночных палочек, а также в виде двойных и соединенных в цепочку.

Разнообразием форм клеток отличаются извитые бактерии, которые имеют различные длину и толщину. К ним относятся вибрионы, спириллы, спирохеты.

Длина палочковидных и извитых бактерий от 1 до 5 мкм.

Размеры и форма бактерий могут изменяться в зависимости от различных факторов внешней среды.

Строение бактериальной клетки.

От внешней среды клетка отделена плотной оболочкой - клеточной стенкой. На долю клеточной стенки приходится от 5 до 20 % сухого вещества клетки. Клеточная стенка является каркасом клетки, придает ей определенную форму, предохраняет от неблагоприятных внешних воздействий, участвует в обмене веществ клетки с окружающей средой.

Наружный слой оболочки у многих бактерий может ослизняться, образуя защитный покров - капсулу.

Основной частью клетки является цитоплазма - прозрачная, полужидкая вязкая белковая масса, пропитанная клеточным соком. Цитоплазма предохраняет клетку от механических повреждений и высыхания. В цитоплазме находятся запасные питательные вещества (зерна крахмала, капельки жира, гликоген, белок) и другие клеточные структуры. В цитоплазме находятся мембранные структуры - мезосомы. В мезосомах имеются ферменты. В цитоплазме находится ядерный аппарат бактериальной клетки, который называется нуклеоидом. Он представляет собой двойную спираль ДНК в виде замкнутого кольца.

У некоторых бактерий имеются жгутики. Жгутики - это тонкие, спирально закрученные нити. С помощью жгутиков некоторые виды бактерий могут активно передвигаться. Шаровидные бактерии (кокки) неподвижны. Подвижны некоторые виды палочковидных бактерий и все извитые. Бактерии могут передвигаться с помощью ресничек.

Цитоплазматическая мембрана отделяет от клеточной стенки содержимое клетки. Она полупроницаема и играет важную роль в обмене веществ между клеткой и внешней средой.

В цитоплазме содержатся также рибосомы и различные включения. Рибосомы в цитоплазме представлены в виде мелких гранул. Они состоят примерно наполовину из рибонуклеиновой кислоты (РНК) и белка. РНК участвует в синтезе белка.

Размножение. Бактерии размножаются бесполым путем, главным образом простым делением клетки на две части.

Размножение происходит при благоприятных условиях. Характерной особенностью размножения бактерий является быстрота протекания процесса. Продолжительность размножения бактерий от 30 минут до нескольких часов. Названия микроорганизмов состоят из двух латинских слов, первое означает род, второе - вид.

Некоторые палочковидные бактерии при неблагоприятных условиях образуют споры (сгущенная цитоплазма, покрытая плотной оболочкой). Споры не нуждаются в питании, не способны размножаться, но сохраняют свою жизнеспособность при высоких температурах, высушивании, замораживании в течение нескольких месяцев (палочка ботулинуса) или даже многих лет (палочка сибирской язвы). Споры погибают при стерилизации (нагревании до 120°С в течение 29 мин). В благоприятных условиях они прорастают в обычную (вегетативную) бактериальную клетку. Спорообразующие бактерии называются бациллами.

Грибы составляют большую группу организмов, которые выделены в отдельное царство Микота (Mycota). Грибы широко распространены в природе. Грибы являются эукариотами. В царство грибов входят микроскопические мицелиальные грибы (плесневые грибы).

Строение. Клетки плесневых грибов имеют форму вытянутых переплетающихся нитей - гифов толщиной 1 - 15 мкм, образующих тело плесени - мицелий (грибницу), состоящий из одной или многих клеток. На поверхности мицелия развиваются плодовые тела, в которых созревают споры.

Строение. Клетки микроскопических грибов имеют вытянутую форму и называются гифами. Переплетаясь, нитеобразные гифы образуют тело гриба в виде ваты, пуха и других подобных образований, которое называется грибницей, или мицелием. Мицелий состоит из двух частей: верхней плодоносящей и нижней, которая служит для прикрепления к питательной среде -субстрату - и питания гриба. Грибы видны невооруженным глазом.

Клетки мицелия имеют клеточную стенку, которая обладает защитными свойствами. Клеточная стенка также определяет форму клетки. Внутри клетка заполнена цитоплазмой, в которой находятся ядра, рибосомы, митохондрии и вакуоли.

Ядра регулируют процесс обмена веществ, размножение и передачу наследственных признаков. Рибосомы являются центром синтеза белков, а в митохондриях протекают энергетические процессы. Вакуоли - это полости круглой формы, заполненные клеточным соком, где откладываются запасные питательные вещества (гликоген, жир, волютин).

Размножение. Микроскопические грибы размножаются в основном двумя способами: бесполым (вегетативно) и половым.

При бесполом размножении формируются споры.

При половом размножении сначала происходит слияние двух близлежащих клеток. Затем процесс размножения протекает у различных видов грибов по-разному. У одних образуется клетка, называемая зиготой, которая затем прорастает. У других грибов образуется плодовое тело, внутри которого развиваются сумки (аски) со спорами. Попадая в благоприятные условия, споры созревают, сумка разрывается. Споры грибов очень устойчивы к внешним воздействиям, они могут в течение нескольких лет сохранять жизнеспособность.

Микроскопические грибы для своего развития требуют наличия кислорода, т. е. являются аэробами и размножаются только при доступе воздуха! Оптимальными условиями для их размножения является температура 25-35 °С и относительная влажность воздуха 70-80 %.

По строению клетки плесневых грибов отличаются от бактериальных клеток тем, что имеют одно или несколько ядер и вакуолей (полостей, заполненных клеточной жидкостью).

Дрожжи относятся к эукариотным микроорганизмам. Они составляют большую группу одноклеточных неподвижных микроорганизмов, широко распространенных в природе. Большинство дрожжей относятся к классу грибов - аскомицетовПо форме дрожжи бывают круглые, овальные, яйцевидные и удлинённые. Размеры дрожжевых клеток от 2 до 12 мкм.

Дрожжи широко распространены в природе. Они способны расщеплять (сбраживать) сахара в спирт и углекислый газ.

Строение клеток. Дрожжевые клетки отделены от внешней среды клеточной стенкой. Она защищает клетку от неблагоприятных воздействий и определяет ее форму. Под клеточной стенкой находится цитоплазматическая мембрана, играющая большую роль в обмене веществ. Клетка заполнена цитоплазмой, в которой находятся ядро, митохондрии, рибосомы, вакуоли.

Ядро окружено двойной мембраной. Функциями ядра являются регулирование процессов обмена веществ и других химических процессов в клетке, передача наследственных признаков.

Митохондрии - это мелкие частицы различной формы. В них протекают энергетические процессы и запасается энергия.

Рибосомы - мельчайшие тельца, являющиеся центром синтеза белка. Вакуоли представляют собой пузырьки, заполненные клеточным соком. Внутри вакуолей находятся запасные вещества - жиры, углеводы (гликоген), волютин.

Размножение. Дрожжи при благоприятных условиях размножаются двумя способами: бесполым, или вегетативным (почкование), и половым (спорообразование).

Вегетативное размножение протекает следующим образом. Сначала на исходной (материнской) клетке образуется небольшой бугорок - почка, которая по мере роста увеличивается в размерах. Одновременно с этим происходит деление ядра на две части. Одно из ядер с частью цитоплазмы и другими элементами клетки переходит в молодую (дочернюю) клетку.

По мере роста дочерней клетки перетяжка, которая соединяет ее с материнской клеткой, сужается, таким образом, дочерняя клетка как бы отшнуровывается, а затем отрывается и отделяется от материнской. Этот процесс протекает за несколько часов.

Спорообразование может происходить также путем слияния двух вегетативных клеток с образованием зиготы, в которой затем образуются споры, прорастающие в вегетативные клетки. Далее они размножаются почкованием.

Вирусы - это микроорганизмы очень маленьких размеров от 35 до 125 нанометров, поэтому их можно обнаружить только с помощью электронного микроскопа.

По форме вирусы бывают округлыми, спиралевидными, а также в виде палочек и многогранников. Они имеют простое строение и различны по химическому составу.

Вирусы не имеют клеточной структуры. Они устойчивы к высушиванию и к воздействию низких температур. Разрушение их происходит при нагревании до 60-80 °С.

Вирусы вызывают ряд тяжелых заболеваний: оспу, корь, полиомиелит, грипп и др. Проникая в клетки хозяина, вирус размножается, вызывая их гибель.

Вопросы для самоконтроля

1. Бактерии. Строение. Классификация. Размножение.

2. Грибы. Строение. Классификация. Размножение.

3. Дрожжи. Строение. Классификация. Размножение.

4. Вирусы. Строение. Классификация. Размножение.

Вверх