Морфологическими свойствами бактерий называются. Базовые термины: бактерии. Оборудование бактериологической лаборатории
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.
Микроорганизмов.
Форма и размеры микроорганизмов весьма разнообразны.
По форме выделяют следующие основные группы микроорганизмов.
1.Шаровидные или кокки (с греч.- зерно).
2.Палочковидные.
3.Извитые.
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.Спириллы - имеют 2- 3 завитка.
2.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.
Строение бактериальной клетки.
Обязательными органоидами являются : нуклеоид, цитоплазма, цитоплазматическая мембрана.
Необязательными (второстепенными) структурными элементами являются : включения, капсула, споры, пили, жгутики.
1.В центре бактериальной клетки находится нуклеоид - ядерное образование, представленное чаще всего одной хромосомой кольцевидной формы. Состоит из двухцепочечной нити ДНК. Нуклеоид не отделен от цитоплазмы ядерной мембраной.
Основные свойства вирусов , по которым они отличаются от остального живого мира.
1.Ультрамикроскопические размеры (измеряются в нанометрах). Крупные вирусы (вирус оспы) могут достигать размеров 300 нм, мелкие - от 20 до 40 нм. 1мм=1000мкм, 1мкм=1000нм.
3.Вирусы не способны к росту и бинарному делению.
4.Вирусы размножаются путем воспроизводства себя в инфицированной клетке хозяина за счет собственной геномной нуклеиновой кислоты.
6.Средой обитания вирусов являются живые клетки - бактерии (это вирусы бактерий или бактериофаги), клетки растений, животных и человека.
Все вирусы существуют в двух качественно разных формах: внеклеточной - вирион и внутриклеточной - вирус. Таксономия этих представителей микромира основана на характеристике вирионов - конечной фазы развития вирусов.
Строение (морфология) вирусов.
1.Геном вирусов образуют нуклеиновые кислоты, представленные одноцепочечными молекулами РНК (у большинства РНК-вирусов) или двухцепочечными молекулами ДНК (у большинства ДНК- вирусов).
2.Капсид - белковая оболочка, в которую упакована геномная нуклеиновая кислота. Капсид состоит из идентичных белковых субъединиц - капсомеров. Существуют два способа упаковки капсомеров в капсид - спиральный (спиральные вирусы) и кубический (сферические вирусы).
При спиральной симметрии белковые субъединицы располагаются по спирали, а между ними, также по спирали, уложена геномная нуклеиновая кислота (нитевидные вирусы). При кубическом типе симметрии вирионы могут быть в виде многогранников, чаще всего - двадцатигранники - икосаэдры.
3.Просто устроенные вирусы имеют только нуклеокапсид , т. е. комплекс генома с капсидом и называются “голыми”.
4. У других вирусов поверх капсида есть дополнительная мембраноподобная оболочка, приобретаемая вирусом в момент выхода из клетки хозяина - суперкапсид. Такие вирусы называют “одетыми”.
Кроме вирусов, имеются еще более просто устроенные формы способных передаваться агентов - плазмиды, вироиды и прионы.
Морфология риккетсий
Риккетсии не имеют спор, капсул, неподвижны. Грамотрицательны. По Романовскому-Гимзе и по способу Здродовского окрашиваются в красный цвет. Строение клеточной стенки сходно со строением стенки грамотрицательных бактерий.
Являются возбудителями сыпного тифа, болезни Брила.
Морфологическая характеристика грибов.
Грибы и простейшие имеют четко ограниченное ядро и относятся к эукариотам. Грибы крупнее бактерий, в эволюционном плане близки к растениям (наличие клеточной стенки, содержащей хитин или целлюлозу, вакуолей с клеточным соком, неспособность к перемещению, видимое движение цитоплазмы). Ядерный материал грибов отделен от цитоплазмы ядерной мембраной. Дрожжевые грибы образуют отдельные овальные клетки. Плесневые грибы формируют клеточные нитеподобные структуры - гифы . Мицелий - переплетение гиф - основная морфологическая структура. У низших грибов мицелий одноклеточный, не имеет внутренних перегородок (септ ). Грибы размножаются половым и бесполым (вегетативным) способом. При вегетативном размножении образуются специализированные репродуктивные структуры – споры - конидии . Они могут располагаться в специализированных вместилищах - спорангиях (эндоспоры) или отшнуровываться от плодоносящих гиф (экзоспоры).
Конидиоспоры - зрелые наружные споры, возникающие на дифференцированных конидиофорах (конидионосцах), отличающихся от других нитей мицелия по форме и размерам (у аспергилла, пеницилла) или располагающиеся по бокам и на концах любой ветви мицелия, прикрепляясь к ней непосредственно или тонкой ножкой.
К эндоспорам совершенных грибов относятся спорангиоспоры мукоровых грибов, развивающихся в специальных органах (спорангиях), располагающихся на вершине спорангиеносца. Споры освобождаются при разрыве стенки спорангия.
Основное функциональное отличие спор у бактерий и грибов: у бактерий споры обеспечивают переживание в неблагоприятных условиях окружающей среды, у грибов образование спор - способ размножения.
Морфологическая характеристика актиномицетов (лучистых грибов по старым классификациям). Актиномицеты - формы бактерий, имеющие истинный, не имеющий перегородок мицелий. Мицелиальный (в виде ветвящихся нитей) рост этих грамположительных бактерий придает им внешнее сходство с грибами. Это сходство усиливается вследствие наличия у высших форм актиномицетов наружных неполовых спор, которые называются конидиями.
В отличие от грибов, актиномицеты имеют прокариотическое строение клетки, не содержат в клеточной стенке хитина или целлюлозы, размножаются только бесполым путем. У низших актиномицетов мицелий фрагментируется на типичные одноклеточные бактерии.
Обычным местом обитания для большинства из них является почва. Однако ряд видов актиномицет могут инфицировать раны и вызывать образование абсцессов . С некоторыми актиномицетами (например, стрептомицетами) связана способность выработки антибиотиков.
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.
| ■ Грамположительные кокки | ■ Грамотрицательные кокки | ||||||||
| Стафилококки | Стрептококки | Диплококки (пневмококки) | Диплококки | ||||||
| Гонококки | Менингококки | ||||||||
| ■ Грамположительные палочки | ■ Грамотрицательные палочки | ||||||||
| Спорообразующие | Неспорообразующие | Неспорообразующие | |||||||
| Бациллы | Клостридии | Актиномицетная линия бактерий* | Палочки** | Коккобактерии*** | |||||
| *Примечание: входят актиномицеты, микобактерии, коринебактерии, листерии. **Примечание: входят все энтеробактерии (кишечная палочка, шигеллы, сальмонеллы, протеи, клебсиеллы и др.), также легионеллы, гарднереллы, синегнойная палочка, гемофильная палочка и др. ***Примечание: входят иерсинии, бордетеллы, бруцеллы и др. Грамотрицательные извитые формы бактерий | |||||||||
| Вибрионы | Спириллы | Спирохеты | |||||||
1 Окраска по Граму мазков из бульонной культуры стафилококка, агаровой культуры кишечной палочки и их смеси. Зарисовка препаратов.
2 Приготовление мазка из культуры дифтерийной палочки, окраска метиленовым синим по Леффлеру и по Нейссеру. Зарисовка препаратов.
3 Постановка и учет результатов КОН-теста с культурами золотистого стафилококка и кишечной палочки.
Принцип метода ______________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________________
Результат КОН-теста ___________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________________
4 Приготовление препарата «раздавленная капля» или «висячая капля» из сенного настоя для изучения подвижности бактерий:
Принцип приготовления препарата «висячая капля»: ________________________________________________
_____________________________________________________________________________________________
Принцип приготовления препарата «раздавленная капля»: ___________________________________________
_____________________________________________________________________________________________
Техника микроскопии данных препаратов: _________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________________
5 Приготовление мазка из агаровой культуры бацилл, окраска по Цилю-Нельсену, микроскопия и зарисовка препарата.
Техника окраски по Цилю-Нельсену (использовать соответствующие цвета при заполнении таблицы):
| Этап окраски | Окраска спор | Окраска кислотоустойчивых бактерий (МТ) |
| 1. Кислотно-термальное протравливание Обработка __________________________ ____________________________________ _____________________________________ (время экспозиции _________) |  |  |
| 2 . Обесцвечивание Обработка _________________________ Концентрация __________ (время экспозиции __________) | |  |
| 3. Докрашивание ________________________ (время экспозиции __________) | | |
* МТ – Микобактерии туберкулеза; Str – стрептококк.
6 Микроскопия препаратов микроорганизмов, окрашенных по Цилю-Нельсену. Зарисовка препаратов.
7 Приготовление мазка из агаровой культуры палочки риносклеромы, окраска по Бурри-Гинсу, микроскопия и зарисовка препарата.
ЗАНЯТИЕ № 3
ТЕМА: МОРФОЛОГИЯ СПИРОХЕТ, АКТИНОМИЦЕТОВ, ГРИБОВ, РИККЕТСИЙ, ХЛАМИДИЙ, МИКОПЛАЗМ, L-ФОРМ БАКТЕРИЙ
ПЕРЕЧЕНЬ КОНТРОЛЬНЫХ ВОПРОСОВ
1. Спирохеты. Систематическое положение и морфология спирохет. Особенности ультраструктуры и химического состава. Методы исследования.
2. Актиномицеты, морфология, ультраструктура, химический состав. Патогенные виды. Роль актиномицетов в природе и медицине. Методы выявления.
3. Таксономия хламидий. Морфология, структура, способы выявления. Цикл развития хламидий.
4. Риккетсии, морфология, ультраструктура, химический состав. Патогенные виды.
5. Микоплазмы. Классификация. Филогенез. Способы выявления.
6. Дефектные формы микробов: протопласты, сферопласты, L-формы.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА
1 Микроскопия и зарисовка риккетсий Провацека в готовом препарате, окрашенного по Здродовскому.
2 Приготовление мазков из агаровой культуры дрожжеподобных грибов, окраска водным раствором фуксина, микроскопия.
3 Изучение морфологии грибов.
4 Заполнение таблицы.
Принято считать одноклеточных организмов, размер которых не превышает 0,1 мм. Представители этой многочисленной группы могут иметь различную клеточную организацию, морфологические признаки и возможности метаболизма, то есть главным признаком, объединяющим их, является размер. Сам термин «микроорганизм» не наделен таксономическим смыслом. Микробы принадлежат к самым разным таксономическим единицам, причем другие представители этих единиц могут быть многоклеточными и достигать больших размеров.
Общие подходы к классификации микроорганизмов
В результате постепенного накопления фактического материала о микробах возникла необходимость введения правил для их описания и систематизации.
Для классификации микроорганизмов характерно наличие следующих таксонов: домен, филум, класс, порядок, семейство, род, вид. В микробиологии ученые используют биномиальную систему характеристики объекта, то есть номенклатура включает названия рода и вида.
Для большинства микроорганизмов характерно крайне примитивное и универсальное строение, следовательно, их разбиение на таксоны невозможно осуществить только по морфологическим признакам. В качестве критериев привлекаются и функциональные особенности, и молекулярно-биологические данные, и схемы протекания биохимических процессов и т. д.
Особенности идентификации
Чтобы идентифицировать неизвестный микроорганизм проводят исследования по изучению следующих свойств:
- Цитология клеток (прежде всего принадлежность к про- или эукариотическим организмам).
- Морфология клеток и колоний (в конкретных условиях).
- Культуральные характеристики (особенности роста на разных средах).
- Комплекс физиологических свойств, на котором основана классификация микроорганизмов по типу дыхания (аэробные, анаэробные)
- Биохимические признаки (наличие или отсутствие определенных метаболических путей).
- Набор молекулярно-биологических свойств, включающий учет последовательности нуклеотидов, возможности гибридизации нуклеиновых кислот с материалом типовых штаммов.
- Хемотаксономические показатели, подразумевающие учет химического состава различных соединений и структур.
- Серологические характеристики (реакции «антиген - антитело»; особенно для патогенных микроорганизмов).
- Наличие и характер чувствительности к специфическим фагам.
Систематика и классификация микроорганизмов, относящихся к прокариотам, осуществляется с помощью «Руководства Берджи по систематике бактерий». А идентификация осуществляется с использованием определителя Берджи.
Различные способы классификации микробов
Чтобы определить таксономическую принадлежность того или иного организма, применяют несколько методов классификации микроорганизмов.
При формальной нумерической классификации все признаки считаются одинаково значимыми. То есть учитывается наличие или отсутствие того или иного признака.
Морфофизиологическая классификация подразумевает изучение совокупности морфологических свойств и особенностей протекания метаболических процессов. В данном случае наделяется смыслом и значимость того или иного свойства у объекта. Помещение микроорганизма в ту или иную и присвоение имени зависят прежде всего от типа клеточной организации, морфологии клеток и колоний, а также характера роста.
Учет функциональных характеристик предусматривает возможность использования микроорганизмами различных питательных веществ. Также важна зависимость от определенных физико-химических факторов среды, а в частности пути получения энергии. Есть такие микробы, для идентификации которых необходимо проведение хемотаксономических исследований. Патогенные микроорганизмы нуждаются в серодиагностике. Для интерпретации результатов вышеуказанных тестов применяется определитель.
При молекулярно-генетической классификации анализируют строение молекул важнейших биополимеров.
Порядок идентификации микрорганизмов
В наше время идентификация конкретного микроскопического организма начинается с выделения его чистой культуры и проведения анализа нуклеотидной последовательности 16S рРНК. Таким образом, осуществляется определение места микроба на филогенетическом древе, а последующая конкретизация по роду и виду проводится с помощью традиционных микробиологических методов. Значение совпадений, равное 90 % позволяет определить родовую принадлежность, а 97 % - видовую.
Еще более четкая дифференцировка микроорганизмов по роду и виду возможна при использовании полифилетической (полифазной) таксономии, когда определение последовательностей нуклеотидов сочетается с использованием информации различных уровней, вплоть до экологического. То есть предварительно осуществляется поиск групп схожих штаммов с последующим определением филогенетических позиций этих групп, фиксацией различий между группами и их ближайшими соседями, сбором данных, позволяющих дифференцировать группы.
Основные группы эукариотических микроорганизмов: водоросли
Этот домен включает в себя три группы, где есть микроскопические организмы. Речь идет о водорослях, простейших и грибах.
Водоросли являются одноклеточными, колониальными или многоклеточными фототрофами, осуществляющими оксигенный фотосинтез. Разработка молекулярно-генетической классификации микроорганизмов, относящихся к этой группе, еще не закончена. Поэтому на данный момент на практике применяется классификация водорослей на основе учета состава пигментов и запасных веществ, строения клеточной стенки, наличия подвижности и способа размножения.
Типичными представителями этой группы являются одноклеточные организмы, принадлежащие к динофлагеллятным, диатомовым, эвгленовым и зеленым водорослям. Для всех водорослей характерно образование хлорофилла и различных форм каротиноидов, а вот способность к синтезу других форм хлорофиллов и фикобилинов у представителей группы проявляется по-разному.
Сочетание тех или иных пигментов обусловливает окрашивание клеток в различные цвета. Они могут быть зелеными, бурыми, красными, золотистыми. Пигментация клеток является видовой характеристикой.
Диатомовые водоросли являются одноклеточными планктонными формами, у которых имеет вид кремниевого двустворчатого панциря. Часть представителей способна к передвижению по типу скольжения. Размножение как бесполое, так и половое.
Местами обитания одноклеточных являются пресноводные водоемы. Передвигаются при помощи жгутиков. Клеточной стенки нет. Способны к росту в условиях темноты за счет процесса окисления органических веществ.
У динофлагеллят особое строение клеточной стенки, она состоит из целлюлозы. У этих планктонных одноклеточных водорослей имеются два боковых жгутика.
Для микроскопических представителей местами обитания являются пресные и морские водоемы, почва и поверхность разных наземных объектов. Есть неподвижные виды, а некоторые способны к передвижению с использованием жгутиков. Так же как у динофлагеллят, у зеленых микроводорослей есть целлюлозная клеточная стенка. Характерно запасание крахмала в клетках. Размножение осуществляется как бесполым, так и половым способом.
Эукариотические организмы: простейшие
Основные принципы классификации микроорганизмов, принадлежащих к простейшим, основаны на морфологических характеристиках, которые сильно различаются у представителей данной группы.
Они могут вести неподвижный образ жизни или передвигаться с помощью различных приспособлений: жгутиков, ресничек и ложноножек. Внутри таксономической группы простейших есть еще несколько групп.
Представители простейших
Амебы осуществляют питание путем эндоцитоза, передвигаются при помощи ложноножек, суть размножения заключается в примитивном надвое. Большая часть амеб - свободноживущие водные формы, однако есть и такие, которые вызывают болезни человека и животных.
В клетках инфузорий имеются два разных ядра, бесполое размножение заключается в поперечном делении. Есть представители, для которых характерно половое размножение. В движении принимает участие скоординированная система ресничек. Эндоцитоз осуществляется путем захвата пищи специальной ротовой полостью, а остатки выводятся через отверстие на заднем конце. В природе инфузории обитают в загрязненных органическими веществами водоемах, а также рубце жвачных животных.
Для жгутиконосцев характерно наличие жгутиков. Поглощение растворенных питательных веществ осуществляется всей поверхностью ЦПМ. Деление происходит только в продольном направлении. Среди жгутиконосцев есть как свободноживущие, так и симбиотические виды. Основные симбионты человека и животных - трипаносомы (вызывают сонную болезнь), лейшмании (вызывают труднозаживающие язвы), лямблии (приводят к кишечным расстройствам).
У споровиков из всех простейших самый сложный жизненный цикл. Самый известный представитель споровиков - малярийный плазмодий.
Эукариотические микроорганизмы: грибы
Классификация микроорганизмов по относит представителей этой группы к гетеротрофам. Для большинства характерно образование мицелия. Дыхание, как правило, аэробное. Но встречаются и факультативные анаэробы, которые могут переключиться на спиртовое брожение. Способы размножения - вегетативное, бесполое и половое. Именно этот признак служит критерием для дальнейшей
Если говорить о значении представителей этой группы, то наибольший интерес здесь представляет сборная нетаксономическая группа дрожжей. Туда входят грибы, у которых отсутствует мицелиальная стадия роста. Среди дрожжей много факультативных анаэробов. Однако встречаются и патогенные виды.
Основные группы микроорганизмов-прокариотов: археи
Морфология и классификация микроорганизмов-прокариотов объединяет их в два домена: бактерии и археи, представители которых имеют много существенных отличий. У архей нет типичных для бактерий пептидогликановых (муреиновых) клеточных стенок. Для них характерно наличие другого гетерополисахарида - псевдомуреина, в котором нет N-ацетилмурамовой кислоты.
Археи делятся на три филума.
Особенности строения бактерий
Принципы классификации микроорганизмов, объединяющие микробов в данный домен, основаны на особенностях строения клеточной оболочки, а в частности содержании в ней пептидогликана. На данный момент в домене насчитывается 23 филума.
Бактерии - это важное звено круговорота веществ в природе. Суть их значения в этом глобальном процессе состоит в разложении растительных и животных остатков, очищении загрязненных органикой водоемов, модифицировании неорганических соединений. Без них существование жизни на Земле стало бы невозможным. Эти микроорганизмы живут везде, их метом обитания могут быть почва, вода, воздух, организм человека, животных и растений.
По форме клеток, наличию приспособлений для движения, сочленению клеток между собой этого домена осуществляется внутри последующая классификация микроорганизмов. Микробиология рассматривает следующие типы бактерий исходя из формы клеток: округлые, палочковидные, нитчатые, извитые, спиралевидные. По типу движения бактерии могут быть неподвижными, жгутиковыми или передвигаться за счет выделения слизи. Исходя из способа сочленения клеток друг с другом, бактерии могут быть изолированными, сцепленными в виде пар, гранул, также встречаются ветвящиеся формы.
Патогенные микроорганизмы: классификация
Патогенных микроорганизмов много среди палочковидных бактерий (возбудители дифтерии, туберкулеза, брюшного тифа, сибирской язвы); простейших (малярийный плазмодий, токсоплазма, лейшмания, лямблия, трихомонада, некоторые патогенные амебы), актиномицетов, микобактерий (возбудители туберкулеза, проказы), плесневых и дрожжеподобных грибов (возбудители микозов, кандидоза). Грибы способны вызвать всевозможные поражения кожи, например разные виды лишая (за исключением опоясывающего, в появлении которого участвует вирус). Некоторые дрожжи являясь постоянными обитателями кожи, в условиях нормальной работы иммунной системы не оказывают пагубного влияния. Однако если активность иммунитета снижается, то они вызывают появление себорейного дерматита.
Группы патогенности
Эпидемиологическая опасность микроорганизмов является критерием для объединения всех болезнетворных микробов в четыре группы, соответствующие четырем категориям риска. Таким образом, группы патогенности микроорганизмов, классификация которых приведена ниже, представляют наибольший интерес для микробиологов, так как напрямую влияют на жизнь и здоровье населения.
Наиболее безопасная, 4-я группа патогенности, включает микробов, не представляющих угрозы здоровью отдельного человека (или риск этой угрозы ничтожно мал). То есть опасность заражения очень мала.
3-я группа характеризуются умеренным риском заражения для отдельного индивида, низким риском для общества в целом. Такие патогены теоретически могут вызвать заболевание, и даже если это произойдет, то имеются проверенные эффективные методы лечения, а также комплекс профилактических мер, способных предотвратить распространение инфекции.
Во 2-ю группу патогенности входят микроорганизмы, представляющие высокие показатели риска для индивидуума, но низкие для общества в целом. В этом случае патоген может вызывать тяжелое заболевание у человека, однако распространения его от одного инфицированного к другому не происходит. Эффективные методы лечения и профилактики имеются.
1-я группа патогенности характеризуется высоким риском как для индивидуума, так и для общества в целом. Патоген, вызывающий тяжелое заболевание у человека или животного, может легко передаваться различными способами. Эффективные методы лечения и профилактические меры обычно отсутствуют.
Патогенные микроорганизмы, классификация которых определяет их принадлежность к той или иной группе патогенности, приносят большой урон здоровью общества, только если относятся к 1-й или 2-й группе.
