Микробиология. Классификация и морфологические свойства микроорганизмов

Бактерии относятся к одноклеточным организмам, принадлежат к растительному миру и не содержащим хлорофилла. Наиболее крупными явл.бактерии сибирской язвы и газовой гангрены, а наиболее мелкими ― возбудители бруцеллеза и туляремии.
Три основные формы бактерий : шаровидные (кокки), палочковидные (бактерии, бациллы) и извитые (вибрионы и спириллы).

Шаровидные формы ― по внешнему виду кокки имеют форму шара. Большинство кокков ― сапрофиты, они не образуют спор, неподвижны, широко распространены в природе. Клетки, остающиеся несоед. друг с другом после деления и видимые в препарате как отдельно лежащие кокки, называются микрококками. Клетки, делящиеся в одной плоскости и после деления остающиеся соедин. по две, называются диплококками. Тетракокки и сарцины широко распростр. и не обладают патогенными свойствами.

Палочковидные формы бывают спороносные и песпороносные. По величине: крупные, средние и мелкие палочки, имеющие цилиндр. и овальную форму. Концы клеток могут быть закруглены или срезаны. Клетки, образ. на концах булавовидные утолщения и зернистые включения, наз. коринебактериями. Из коринебактерий к патогенным видам относ. возбудитель дифтерии.

Извитые формы широко распространены в природе. К ним относятся спириллы и вибрионы. Спириллы имеют штопорообразную извитую форму и несколько завитков. Среди спирилл встречается патогенный вид, вызывающий болезнь Содоку. Вибрионы имеют изогнутую форму, напоминающую запятую.

Под влиянием различных факторов внешней среды (t, влажность, биолог. факторы, искусствен. питательные среды) бактерии часто и резко меняют морфологию и некоторые другие свойства.

Грибы и простейшие имеют четко ограниченное ядро и относятся к эукариотам. Грибы крупнее бактерий, близки к растениям (наличие клеточной стенки, содержащей хитин или целлюлозу, вакуолей с клеточным соком, неспособность к перемещению).

Дрожжевые грибы образуют отдельные овальные клетки. Плесневые грибы формируют клеточные нитеподобные структуры - гифы. Мицелий- переплетение гифов- основная морфологическая структура. У низших грибов мицелий одноклеточный, не имеет внутренних перегородок (септ ). Грибы размножаются половым и вегетативным способом. При вегетативном размножении образуются споры - конидии . Они могут располагаться в специализированных вместилищах - спорангиях (эндоспоры) или отшнуровываться от плодоносящих гиф (экзоспоры). Дрожжевые клетки размножаются почкованием, мицелий не образуют.

Водоросли - относятся к растениям. Содержат светочувствительные пигменты, которые находятся в хлоропластах. Благодаря этим пигментам они способны осуществлять фотосистему.

2 типа: зеленая водоросль, диатомовая водоросль

Вирусы открыты при изучении листьев табачной мазаики.

Особенности:

1.Очень маленький размер

2.Не имеют клеточного строения

3.Не могут расти на питательных средах и осущ. бинарное деление

4.Не имеют собственных метаболических систем

6.Репродукция, т.е. воспроизводство вируса осуществляется только в клетке хозяина

Многоклеточные животные организмы : коловратки, черви, низшие ракообразные

ТЕМА: «Введение. Классификация и морфологические свойства микроорганизмов. Физиология микроорганизмов и распространение их во внешней среде»

План изложения:

1. Микробиология и её отрасли

2. Задачи медицинской микробиологии

3. Основоположники микробиологии

4. Классификация микроорганизмов

5. Отличительные особенности эукариот, прокариот, вирусов

6. Морфология бактерий

7. Питание микроорганизмов

8. Особенности метаболизма микробных клеток

9. Типы дыхания микроорганизмов

10. Рост и размножение микроорганизмов

11. Распространение микроорганизмов в природе

12. Нормальная микрофлора человека и её значение

Микробиология (mikros – малый, bios – жизнь, logos – учение) – наука о микроорганизмах, их строении и жизнедеятельности, наследственности и изменчивости, значении в природе и народном хозяйстве.

По целевой направленности и решению практических задач различают общую, техническую (промышленную), медицинскую, ветеринарную, санитарную, радиационную и космическую микробиологию. При этом общая микробиология изучает систематику, структурную организацию, химический состав, ферментные системы, культивирование и генетику микроорганизмов; техническая – использование микроорганизмов в производстве антибиотиков, ферментов, витаминов, стероидов, аминокислот и прочих биологически активных веществ, молочных и других продуктов, чая, кофе, какао, обработке каучука, хлопка, шелка, дублении кож и др.; медицинская и ветеринарная – закономерности жизнедеятельности патогенных для человека и животных микроорганизмов, механизмы инфекции и иммунитета, методы специфической профилактики и терапии инфекционных заболеваний; санитарная – микробную обсемененность окружающей среды, в частности выживаемость на различных объектах санитарно-показательных и патогенных микробов, их влияние на здоровье человека и естественные процессы; радиационная и космическая – влияние ионизирующих излучений и космических частиц на микроорганизмы.

В становлении микробиологии как науки выделяют два этапа –описательный (морфологический) и физиологический .

Морфологический период берет начало от первых наблюдений голландского естествоиспытателя Антония ван Левенгука (1632-1723), который, изготовив микроскоп, увеличивающий объекты до 200 раз, сумел увидеть и описать все основные формы бактерий и простейших.

Разрозненные факты описательного периода микробиологии были обобщены и приумножены основателем научной микробиологии Луи Пастером (1822-1895), с именем которого связано развитие второго, физиологического периода микробиологии и эпохальные открытия сущности брожения (1857), невозможности самопроизвольного зарождения (1860), природы порчи пива и вина (1865), болезней шелковичных червей (1868), микробной обусловленности и заразности инфекционных болезней (1881), методов изготовления вакцин и способов предохранения от куриной холеры, сибирской язвы и бешенства (1882-1885).

Большую роль в истории развития микробиологии сыграли труды Роберта Коха (1843-1910), который разработал метод выделения чистых культур микроорганизмов на плотных питательных средах, в частности ввел в практику агар-агар, желатин, свернутую сыворотку, кусочки овощей, предложил методы окраски бактерий анилиновыми красителями, усовершенствовал микроскоп, использовал микрофотографию. Благодаря усовершенствованию техники и методики микробиологических исследований Кох установил природу сибирской язвы, туберкулеза, холеры.

Основоположником современной вирусологии является русский ученый, профессор ботаники Д.И. Ивановский (1864-1920), установивший в 1892 г., что мозаичная болезнь табака (МБТ) вызывается инфекционным агентом, фильтрующимся через фарфоровые свечи Шамберлана с такими мелкими порами, которые задерживали известные в то время микроорганизмы.

Основоположниками иммунологии, зародившейся в недрах микробиологии, являются лауреаты Нобелевской премии И.И. Мечников (1845-1916) и П. Эрлих (1854-1915), разработавшие клеточную и гуморальную теории иммунитета.

Главные задачи медицинской микробиологии – профилактика и лечение инфекционных болезней. Выдающиеся открытия в микробиологии позволили за полстолетия повсеместно ликвидировать натуральную оспу, снизить до спорадических (единичных) случаев широко распространенные ранее чуму, туляремию, сыпной и возвратные тифы, мягкий шанкр, дифтерию, коклюш, полиомиелит, трахому, бешенство, столбняк, корь, лейшманиоз городского типа. Большие успехи достигнуты в профилактике клещевого энцефалита, клещевого возвратного тифа, бруцеллеза, но по-прежнему трудна борьба с заболеваемостью острыми кишечными инфекциями, гриппом, туберкулезом, другими острыми инфекциями дыхательных путей, вирусными гепатитами. Разработаны эффективные меры пресечения экзотических (завозных) и карантинных инфекций, в частности желтой лихорадки. Проводятся интенсивные поиски вакцинопрофилактики и способов лечения СПИДа.

Современная систематика, или таксономия (taxis – расположение, порядок + nomos – закон) микроорганизмов построена на общепринятой в биологии иерархической схеме, объединяющей в единое целое филогенетически родственные соподчиненные группы или таксономические категории, высшими из которых являются царства, подцарства, отделы (типы) → классы → отряды → семейства →трибы (группы) → роды →виды.

Основным таксономом является вид.

Вид – совокупность происходящей от одного предка скрещивающейся популяции, обладающей общим генофондом, экологическим единством и, если исключить некоторое виды бактерий, – репродуктивной изоляцией, т.е. между особями одного вида происходит свободный обмен генами, а между особями разных видов обмен ими невозможен или затруднен.

Клон – генетически однородная чистая культура микроорганизмов, происходящая из одной клетки.

Штамм – культура определенного вида микроорганизмов, выделенная из окружающей среды, патологического материала, музея.

В зависимости от штаммовых особенностей морфологии микроба, культуральных, биохимических, серологических (антигенных) свойств, его чувствительности к фагу и антибиотикам, степени патогенности различают несколько инфраподвидовых категорий: морфовары, культивары (биовары), хемовары, серовары, фаговары, резистенсвары, патовары и подвиды, отличающиеся друг от друга двумя-тремя особо важными признаками.

Каждый вид микроорганизмов, исключая вирусы, в соответсвии с правилами биноминальной (двойной, бинарной) номенклатуры обозначается двумя латинскими словами, например Mycobacterium tuberculosis, Mycoplasma pneumoniae. Первое слово, начинающееся с заглавной буквы, указывает на родовую принадлежность вида, второе – конкретно определяет вид.

Эукариоты , т.е. клетки с подлинными ядрами, подобны клеткам растений и животных. Они имеют поверхностную мембрану и внутриклеточную систему элементарных мембран, составляющих эндоплазматический ретикулум и комплекс Гольджи. В цитоплазме эукариот содержатся оформленное ядро (ядра), митохондрии, рибосомы и ряд других органелл. Клеточная стенка эукариот имеет разный характер строения и степень выраженности, которые нередко зависят от стадии или фазы развития. Размножаются простые эукариоты половым и бесполым путем.

Прокариоты – клетки, не имеющие отграниченного ядра, внутриклеточных систем элементарных мембран и митохондрий, а некоторые – лишены также клеточной стенки. Размножаются амитотически: простым поперечным делением или почкованием.

Виды прокариот идентифицируют по определению Д. Берги, изданному в 1994 г., в котором по структуре клеточной оболочки и отношению к окраске по методу Грама выделено четыре основных отдела (главных таксона): 1 – Gracilicutes (тонкостенные, окрашивающиеся грамотрицательно в розовый цвет), 2 – Firmicutes (толстостенные, окрашивающиеся грамположительно в фиолетовый цвет), 3 – Tenericutes (лишенные оболочек) и 4 – Mendosicutes (с дефектными оболочками), как правило, окрашивающиеся грамотрицательно.

Морфология бактерий

Бактерии – это одноклеточные организмы растительной природы лишенные хлорофилла и размножающиеся простым делением. К морфологическим свойствам бактерий относят форму, размеры, расположение, подвижность, споро- и капсулообразование. Размеры микроорганизмов колеблются от 0,4 до 10 мкм. Различают 3 формы микроорганизмов:

1 – шаровидные – кокки. В зависимости от плоскости деления и расположения клеток после деления кокки делят на: а – микрококки – деление и расположение беспорядочно; б – диплококки – деление в одной плоскости, расположение по 2; в – стрептококки – деление в одной плоскости, расположение цепочкой; г – тетракокки – деление в двух взаимноперпендикулярных плоскостях, расположение по 4; д – сарцины – деление в трех взаимноперпендикулярных плоскостях, расположение в виде пакетов по 8-16 штук; е – стафилококки – располагаются в виде гроздьев винограда.

2 – цилиндрическая или палочковидная форма – по способности образовывать споры палочковидные микроорганизмы делят на бациллы (образующие споры) и бактерии (не образующие споры). В зависимости от плоскости деления и расположения клеток после деления палочковидные микроорганизмы делят на: а – диплобактерии и диплобациллы – делятся в одной плоскости и располагаются по 2; б – стрептобактерии и стрептобациллы – делятся в одной плоскости и располагаются цепочкой; в – большинство палочковидных форм делятся хаотично и располагается по одному.

3 – извитые . Делят на: а – вибрионы – напоминают запятую или полумесяц; б – спириллы и спирохеты – имеют винтообразное строение.

Строение бактериальной клетки

Бактериальная клетка имеет оболочку, состоящую из трех слоев: слизистый слой, клеточная стенка, цитоплазматическая мембрана. Если слизистый слой достаточно толст, прочен и концентрируется вокруг микробной клетки, то он называется капсулой. Микрокапсула имеется у большинства микроорганизмов, а макрокапсула – только у пневмококка, клебсиелл и возбудителей сибирской язвы. При культивировании на питательных средах способность образовывать капсулу обычно утрачивается (кроме клебсиелл), капсула защищает микроорганизм в макроорганизме от действия фагоцитоза и гуморальных факторов.

Функции оболочки: формообразующая (за счет клеточной стенки), обеспечивает прочность, эластичность, гибкость, предохраняет от осмотического лизиса (цитоплазматическая мембрана), за счет избирательной проницаемости обеспечивает питание и выделение продуктов обмена, является местом биосинтеза некоторых составных частей клетки, участвует в делении.

Цитоплазма представляет собой прозрачное, слегка вязкое вещество жидкой консистенции, коллоидное состояние обеспечивается за счет содержания воды, белков, жиров, углеводов, минеральных веществ.

Аналогом ядра в бактериальной клетке является нуклеотид, у которого отсутствует дифференцированная ядерная мембрана.

В цитоплазме располагаются рибосомы, ответственные за синтез белка, и мезосомы, в которых протекают окислительно-восстановительные процессы. Включения представлены глыбками крахмала, гликогена, зернами серы, волютина, капельками жира и выполняют роль запаса питательных веществ.

Подвижные бактерии имеют органеллы движения – жгутики, начинающиеся от базального тельца и состоящие из белка флагеллина способного к самосокращению. По количеству и месту нахождения жгутиков подвижные бактерии делят на:

1. Монотрихи – один жгутик расположен на одном полюсе

2. Амфитрихи – по пучку жгутиков или по одному жгутику на 2 полюсах

3. Лофотрихи – пучок жгутиков на 1 полюсе

4. Перитрихи – жгутики расположены по всей поверхности

Для палочковидных микроорганизмов характерно спорообразование. Споры у микроорганизмов – это способ сохранения вида, и образуются они при попадании микроорганизмов в неблагоприятные условия внешней среды. Процесс спорообразования начинается с уплотнения цитоплазмы вокруг нуклеотида, после чего вокруг проспоры образуется многослойная оболочка и обменные процессы идут на самом низком уровне. В таком состоянии микроорганизмы сохраняют жизнеспособность в течение 40-50 лет. Наступление благоприятных условий способствует прорастанию спор в вегетативные формы, вызывающие заболевание при попадании в организм человека.

Физиология микроорганизмов

Питание – процесс, в ходе которого бактериальная клетка получает из окружающей среды компоненты, необходимые для построения ее биополимеров.

По источнику получения углерода:

a) Аутотрофы (питающийся сам) или литотрофы – единственный источник углерода – CO 2 , они способны из простых неорганических соединений синтезировать сложные органические

b) Гетеротрофы (питающийся за счет других) или органотрофы – добывают углерод из глюкозы, многоатомных спиртов, реже углеводородов, аминокислот, органических кислот, они нуждаются в поступлении готовых органических соединений

Метаболизм микроорганизмов состоит из:

– Ассимиляции (анаболизм) – увеличивает сложность соединений, т.е. обеспечивает синтез веществ с затратой энергии

– Диссимиляция (катаболизм) – расщепление сложных соединений на простые, которые потом используются для последующего синтеза, а часть выделяется во внешнюю среду

Особенности метаболизма бактерий:

1. Преобладание процессов диссимиляции над процессами ассимиляции

2. Высокая интенсивность метаболизма

3. Очень широкий спектр потребляемых бактериями веществ

4. Очень широкий набор ферментов

Дыхание – биологический процесс окисления различных органических веществ, при котором происходит перенос протонов и электронов от субстрата (донора) к кислороду (акцептору) и образование молекул АТФ.

Органеллы дыхания у бактерий – мезосомы, содержащие специальные дыхательные ферменты типа цитохромоксидаз.

По типу дыхания бактерии делят на:

Облигатные аэробы – они способны получать энергию только путем дыхания и нуждаются в О 2 как акцепторе протонов и электронов в окислительно-восстановительных процессах.

Облигатные анаэробы – способны расти только в среде, лишенной О 2 (для них О 2 токсичен). Для них как тип окислительно-восстановительных процессов характерна ферментация, при которой происходит перенос протонов и электронов от субстрата-донора к субстрату-акцептору.

Факультативные анаэробы – способны расти как при наличии О 2 , так и в отсутствии его.

Среди них различают:

a) Аэротолерантные – могут расти в присутствии атмосферного О 2, но не способные его использовать, т.к. получают энергию исключительно с помощью брожения (молочнокислые)

b) Факультативно-анаэробные – которые в отсутствие О 2 способны перестраиваться на брожение (энтеробактерии)

Рост – увеличение размеров отдельной особи (растут несколько минут)

Размножение – повышение числа особей популяции, способность к самовоспроизведению. Чаще всего бактерии размножаются путем простого поперечного деления и почкования: удваивается ДНК и каждая дочерняя клетка получает копию материнской ДНК, после чего между ними образуется перегородка. Процесс размножения микробных клеток идет довольно интенсивно. Деление бывает: изоморфное – дочерние клетки одинаковой величины; гетероморфное – дочерние клетки разной величины.

Распространение микроорганизмов в природе

Почва – является основной средой обитания многих микроорганизмов. Содержание микроорганизмов в почве – миллионы и миллиарды в 1 грамме. Состав и количество микроорганизмов зависят от влажности, температуры, содержания питательных веществ, кислотности почвы.

Плодородные почвы содержат больше микроорганизмов, чем глинистые и почвы пустынь. Верхний слой почвы (1-2 мм) содержит меньше микроорганизмов, т.к. солнечные лучи и высыхание вызывают их гибель, а на глубине 10-20 см – микроорганизмов больше всего. Чем глубже, тем количество микроорганизмов в почве меньше. Наиболее богаты микробами 15 см верхнего слоя почвы.

Видовой состав почвенной микрофлоры прежде всего зависит от вида почвы. В песчаных почвах преобладают аэробные микроорганизмы, а в глинистых – анаэробные. В их составе, как правило, обнаруживаются сапрофитические виды спорообразующих бацилл и клостридий, актиномицеты, грибы, микоплазмы, сине-зеленые водоросли, простейшие.

Микроорганизмы почвы осуществляют разложение трупов человека, животных и растительных остатков, самоочищение почвы от нечистот и отбросов, биологический круговорот веществ, изменяют структуру и химический состав почвы. Патогенные микроорганизмы попадают в почву с выделениями человека и животных.

Существует 3 группы микроорганизмов, для которых:

I. Почва – место обитания: возбудитель ботулизма, грибы.

II. Почва – вторичный резервуар, где они сохраняются длительное время: это чаще всего споровые бациллы – возбудитель сибирской язвы

III. Почва – среда, где микроорганизмы сохраняются от нескольких часов до нескольких месяцев: опасность передачи этих заболеваний невелика, но она увеличивается в военное время – возбудители столбняка и газовой гангрены

Воздух . Количество постоянно находящихся микрооргаизмов атмосферного воздуха сравнительно невелико. Больше всего их содержиться в околоземных слоях атмосферы. По мере удаления от земной поверхности в экологически благоприятных регионах воздух становится чище.

Количество микроорганизмов зависит от высоты и отдаленности от населенных пунктов. Здесь они только сохраняются некоторое время, а затем происходит их гибель за счет солнечной радиации, температурного воздействия, отсутствия питательных веществ.

Зимой количество микроорганизмов в воздухе открытых пространств меньше, чем летом. В воздухе закрытых помещений количество микроорганизмов зимой больше, чем летом. Микроорганизмы попадают в воздух от больных через дыхательные пути, с пылью, от загрязненных предметов, почвы.

В атмосферном воздухе видовой состав микрофлоры непрерывно меняется. В воздухе могут быть: стафилакокки, стрептококки, возбудители дифтерии, туберкулеза, вирусы кори, гриппа. Поэтому возможен воздушно-капельный и воздушно-пылевой пути передачи заразного начала. И для их предотвращения используют маски, проветривание, влажную уборку.

Вода. Вода – естественная среда обитания многих микроорганизмов. Количественные соотношения водных микроорганизмов в открытых водоемах колеблются в широких пределах, что зависит от типа водоема, сезона, степени его загрязнения. Особенно много микроорганизмов вблизи населенных пунктов, где вода загрязняется стоками хозяйственных нечистот. Чистая вода – артезианские скважины и родники. Для воды характерно ее самоочищение: гибель под действием солнечного света, разбавление чистой водой, за счет антагонизма микроорганизмов и других факторов.

Видовой состав микрофлоры воды мало чем отличается от почвенной. Известны водные эпидемии: при холере, брюшном тиф, дизентерии, туляремии, лептоспирозах.

Нормальная микрофлора тела человека. Микрофлора, выделенная от здорового человека, отличается видовым разнообразием. При этом одни виды микроорганизмов обитают в организме человека постоянно и составляют нормальную группу микрофлоры, другие – обнаруживаются периодически, попадая в организм человека от случая к случаю.

Дыхательные пути : постоянная микрофлора содержится только в полости носа, носоглотки и зева. В ее составе обнаруживаются грамотрицательные катаральные микрококки и фарингиальные диплококки, дифтероиды, капсульные грамотрицательные палочки, актиномицеты, стафилококки, пептококки, протей, аденовирусы. Конечные ветви бронхов и легочные альвеолы стерильны.

Рот : специфические виды микроорганизмов в полости рта ребенка появляются через 207 суток. Среди них 30-60% составляют стрептококки. Также заселяется полость рта микоплазмами, дрожжеподобными грибами, сапрофитическими видами трепонем, боррелий и лептоспир, энтамеб, трихомонад.

ЖКТ : тонкий кишечник не содержит специфических видов микробов, а случайные – редки и немногочислены. Толстый кишечник заселяется транзиторными микроорганизмами с первого дня жизни. Превалируют в нем облигатные анаэробы, в частности – бифидобактерии, лактобациллы, бактероиды и эубактерии – 90-95%. 5-10% – факультативные анаэробные бактерии: кишечные палочки и молочнокислые стрептококки. Десятые-сотые доли процента кишечного биоценоза приходятся на остаточную микрофлору: клостридии, энтерококки, протей, кандида и пр.

Микрофлора кожных покровов и конъюнктивы глаза : на коже и конъюнктиве глаза обитают микро- и макрококки, коринеформы, плесневые дрожжи и дрожжеподобные организмы, микоплазмы, условно-патогенные стафилококки. Другие виды микробов, актиномицеты, грибы, клостридии, эшерихии, золотистые стафилококки, обсеменяют кожу и конъюнктиву в условиях сильной запыленности воздуха помещений, загрязнения предметов обихода, прямого контакта с почвой. При этом на коже количество микроорганизмов во много раз больше, чем на площади глаза, что объясняется высоким содержанием в секрете конъюнктивы микробоцидных веществ.

Микрофлора мочеполовых путей : мочевыводящие пути здоровых людей стерильны, и лишь в передней части мочеиспускательного канала встречаются грамотрицательные непатогенные бактерии, коринеформы, микрококки, стафилококки и другие. На наружных половых органах обитают микобактерии смегмы и микоплазмы. Влагалище со 2-5 дня жизни новорожденного на многие годы заселяется непатогенной кокковой микрофлорой, которая при половом созревании заменяется молочнокислыми бактериями.

Вопросы для самоконтроля:

1. Что является предметом изучения микробиологии?

2. Что означает дословный перевод с греческого термина «микробиология»?

3. Какие отрасли микробиологии Вы знаете?

4. Изучением каких вопросов занимается общая микробиология?

5. Какие группы микроорганизмов изучает ветеринарная микробиология?

6. Какие группы микроорганизмов изучает производственная микробиология?

7. Что изучает медицинская микробиология и каковы ее задачи?

8. Какие основные этапы развития микробиологии Вы знаете?

9. Кто является основоположником морфологического периода микробиологии?

10. Основоположником какого периода развития микробиологии является Луи Пастер?

11. Каков вклад Луи Пастера в развитие микробиологии?

12. Какой ученый положил начало развитию иммунологического периода микробиологии?

13. Каковы современные принципы классификации микроорганизмов?

14. Назовите микроорганизмы, относящиеся к эукариотам.

15. Какие микроорганизмы относят к прокариотам?

16. Перечислите основные признаки, отличающие строение бактериальной клетки от строения клетки животных и растений.

17. Какие 3 формы микроорганизмов Вы знаете?

18. Из каких слоев состоит оболочка микробной клетки?

19. Какова функция жгутиков у микроорганизмов?

20. Какую функцию выполняют ворсинки?

21. В чем отличие спорообразования у грибов и бактерий?

22. Как могут располагаться споры у бактерий?

23. Какова форма спор?

24. На какие 2 группы делят микроорганизмы по типу питания?

25. На какие 2 группы делят гетеротрофы в зависимости от источника получения готовых органических соединений?

26. Что такое анаболизм?

27. Что такое катаболизм?

28. Как классифицируются микроорганизмы по типу дыхания?

29. Что такое рост микроорганизмов?

30. Что такое размножение микроорганизмов?

31. Какие микроорганизмы содержатся в почве?

32. Каков видовой состав микрофлоры атмосферного воздуха?

33. Какими микроорганизмами представлена микрофлора воды?

34. Какова нормальная микрофлора тела человека и её роль?

Систематика и номенклатура микроорганизмов

Многочисленные микроорганизмы (бактерии, грибы, простейшие, вирусы) строго систематизированы в определенном порядке по их сходству, различиям и взаимоотношениям между собой. Этим занимается специальная наука, называемая систематикой микроорганизмов. Раздел систематики, изучающий принципы классификации, называется таксономией.

Таксон - группа организмов, объединенная по определенным однородным свойствам в рамках той или иной таксономической категории. Самой крупной таксономической категорией является царство, более мелкими - подцарство, отдел, класс, порядок, семейство, род, вид, подвид и др.

В основу таксономии микроорганизмов положены их морфологические, физиологические, биохимические, молекулярно-биологические свойства. Весь мир микробов подразделяется на три царства:
. царство эукариотов (грибы и простейшие);
. царство прокариотов (бактерии, риккетсии, микоплазмы);
. царство вирусов.

Эукариоты подобны клеткам растений и животных. Они имеют поверхностную мембрану и внутриклеточную систему элементарных мембран, составляющих эндоплазматическую ретикулярную сеть и комплекс Гольджи. В цитоплазме эукариотов содержится оформленное ядро, митохондрии, рибосомы и ряд других органелл. Размножаются простые эукариоты половым и бесполым путями.

Прокариоты - организмы, не имеющие отграниченного ядра, внутриклеточной системы элементарных мембран и митохондрий, а некоторые лишены также клеточной стенки. Размножаются простым поперечным делением или почкованием.

Одной из основных таксономических категорий является вид (species) - совокупность особей, имеющих общий корень происхождения, сходный генотип и максимально близкие фенотипические признаки и свойства.

Совокупность однородных микроорганизмов, выделенных на питательной среде, характеризующаяся сходными морфологическими, тинкториальными (отношение к красителям), культуральными, биохимическими и антигенными свойствами, называется чистой культурой.

Чистая культура микроорганизмов, выделенных из определенного источника и отличающихся от других представителей вида, называется штаммом. Штамм - более узкое понятие, чем вид или подвид. Близким к штамму является понятие клона; клон - это совокупность потомков, выращенных из одной микробной клетки.

Решением Международного конгресса для микроорганизмов рекомендованы следующие таксономические категории: царство, отдел, класс, порядок, семейство, род, вид.

Название вида соответствует бинарной номенклатуре, т. е. состоит из двух слов. Например, кишечная палочка пишется как Escherichia coli. Первое слово - название рода, которое начинается с прописной буквы, второе слово обозначает вид и пишется со строчной буквы. При повторном написании вида родовое название сокращается до начальной буквы, например E. Сoli.

Формы бактерий

Всем бактериям присущи определенные морфологические свойства (форма, размер, характер их расположения в мазке) и тинкториальные свойства (способность окрашиваться).

Различают 4 основные формы бактерий (рис. 1.1): шаровидные (сферические), или кокковидные (от греч. kokkos - зерно); палочковидные (цилиндрические); извитые (спиралевидные); нитевидные. Кроме того, существуют бактерии, имеющие треугольную, звездообразную, тарелкообразную форму. Обнаружены так называемые квадратные бактерии, которые образуют скопления из 8-ми или 16-ти клеток в виде пласта.

Рис. 1.1. Формы одноклеточных бактерий: а - микрококки; б - диплококки; в - стрептококки; г - стафилококки; д - сарцины; е - палочковидные бактерии; ж - спириллы; з - вибрионы

Кокковидные бактерии обычно имеют форму правильного шара диаметром 1,0-1,5 мкм; некоторые - бобовидную, ланцетовидную, эллипсовидную форму. По характеру взаиморасположения образующихся после деления клеток кокки подразделяют на следующие группы:

1. Микрококки (от лат. Micros - малый). Клетки делятся в одной плоскости и чаще всего сразу же отделяются от материнской. Располагаются поодиночке, беспорядочно (рис. 1.1. а).

2. Диплококки (от лат. diplos - двойной). Деление происходит в одной плоскости с образованием пар клеток, имеющих либо бобовидную, либо ланцетовидную форму (рис. 1.1. б).

3. Стрептококки (от лат. streptos - цепочка). Деление клеток происходит в одной плоскости, но размножающиеся клетки сохраняют между собой связь и образуют различной длины цепочки, напоминающие нити бус. Многие стрептококки являются вредными для человека и вызывают различные заболевания: скарлатину, ангину, гнойные воспаления и др. Например Streptococcus pyogenes (рис. 1.1.в).

4. Стафилококки (от лат. staphyle - гроздь винограда). Клетки делятся в нескольких плоскостях, а образующиеся клетки располагаются скоплениями, напоминающими гроздья винограда (рис. 1.1. г).

5. Тетракокки (от лат. tetra - четыре). Деление происходит в двух взаимно перпендикулярных плоскостях с образованием тетрад.

6. Сарцины (от лат. sarcina - связка, тюк). Деление происходит в трех взаимно перпендикулярных плоскостях с образованием пакетов (тюков) из 8-ми, 16-ти, 32-х и большего числа особей. Особенно часто встречаются в воздухе (рис. 1.1.д).

Палочковидные (цилиндрические формы) (рис. 1.1.е). По расположению палочки подразделяют:
- на одиночные или беспорядочно расположенные - монобактерии. Например, Escherihia coli;
- располагающиеся попарно (по одной линии) - диплобациллы, диплобактерии. Например, Pseudomonas;
- располагающиеся цепочкой - стрептобациллы, стрептобактерии. Например, Bacillus.

Палочки, образующие спору, подразделяют:
- на бациллы - аэробные спорообразующие бактерии. Спора у таких палочек располагается, как правило, центрально, и её диаметр не превышает ширины бактерии.
- клостридии - анаэробные спорообразующие бактерии. Спора у них располагается терминально или субтерминально. Она крупная, что растягивает оболочку бактерий, и они внешне напоминают веретено или теннисную ракетку.

Извитые (спиралевидные) формы

По количеству и характеру завитков, а также по диаметру клеток они подразделяются на три группы:
1. Вибрионы (от греч. vibrio - извиваюсь, изгибаюсь) имеют один изгиб, не превышающий четверти оборота спирали. Например, Vibrio (рис. 1.1.з).

2. Спириллы (от греч. speira - завиток) - клетки, имеющие большой диаметр и малое (2-3) количество завитков. Например - Spirillium minor (рис. 1.1. ж).

3. Спирохеты (от греч. speira - завиток, chaita - волос) - спиралевидной формы подвижные бактерии.

Нитевидные формы

Различают два типа нитевидных бактерий: образующие временные нити и постоянные.

Временные нити (иногда с ветвлениями) образуют палочковидные бактерии при нарушении условий их роста или регуляции клеточного деления (микобактерии, коринебактерии, а также риккетсии, микоплазмы, многие грамотрицательные и грамположительные бактерии). При восстановлении механизма регуляции деления и нормальных условий роста эти бактерии восстанавливают обычные для них размеры.

Постоянные нитевидные формы образуются из палочковидных клеток, соединяющихся в длинные цепочки либо с помощью слизи, либо чехлами, либо мостиками (серобактерии, железобактерии).

Для изучения тинкториальных свойств микроорганизмов и их морфологии используют анилиновые красители (основные, кислые и нейтральные).

Наибольшее применение имеют основные краски: метиленовый синий, основной фуксин, генцианвиолет, везувин, хризоидин и др. Реже применяются нейтральные (нейтральный красный) и кислые (эозин) краски. Из названных красок готовят спиртовые, водно-спиртовые и водные растворы. В некоторых случаях для повышения красящей силы раствора к нему добавляют протравы, например карболовую кислоту, щелочь и др.

Для определения формы бактерий и их взаимного расположения в мазке используют простые методы окраски, т. е. окраска осуществляется одним красителем и мазок получается окрашенным одним цветом. Например, метиленовый синий. Эта окраска позволяет лучше выявить бобовидную форму и парное расположение кокков.

Для изучения структуры бактериальной клетки и выявления особенностей её строения применяют сложные методы окраски, которые включают в себя целый ряд красящих веществ, протравы и дифференцирующие вещества. К сложным методам окраски относятся методы Грама, Нессера, Ожешко и др.

Л.В. Тимощенко, М.В. Чубик

Лекция № 5 Морфология и систематика микроорганизмов. Прокариоты (бактерии и актиномицеты).

1 Морфология и систематика микроорганизмов. Морфология микроорганизмов изучает их внешний вид, форму и особенности строения, способность к движению, спорообразованию, способы размножения. Морфологические признаки играют большую роль в распознавании и классификации микроорганизмов. С древнейших времен живой мир делили на два царства: царство растений и царство животных. Когда был открыт мир микроорганизмов, то их выделили в отдельное царство. Таким образом, до Х1Х века весь мир живых организмов делили на три царства. В начале в основу классификации микроорганизмов были положены морфологические признаки, так как больше о них человек ничего не знал. К концу Х1Х века было описано много видов; разные ученые, в основном ботаники, делили микроорганизмы на группы, принятые для классификации растений. В 1897 году для систематики микробов стали использовать, наряду с морфологическими, и физиологические признаки. Как выяснилось впоследствии, для научно обоснованной классификации одних каких-либо признаков бывает недостаточно. Поэтому используют комплекс признаков:

Морфологические (форма клеток, размеры, подвижность, размножение, спорообразование, окраска по Граму);

Культуральные (характер роста на жидких и плотных питательных средах);

Физиолого-биохимические (характер накапливаемых продуктов);

Генотипические (физико-химические свойства ДНК).

Геносистематика позволяет определить вид микроорганизмов не по сходству, а по родству. Установлено, что нуклеотидный состав суммарной ДНК в процессе развития микроорганизмов в разных условиях не изменяется. Идентичны по составу ДНК S- и R-формы. Обнаружены и такие микроорганизмы, которые имеют сходный нуклеотидный состав ДНК, хотя и относятся к разным систематическим группам: кишечные палочки и некоторые коринебактерии. Это указывает на то, что при систематике (таксономии) микробов следует учитывать разные признаки.

До недавнего времени все живые существа клеточного строения в зависимости от взаимоотношения ядра и органелл с цитоплазмой, состава клеточной стенки и других признаков делили на две группы (царства):

1.1 Прокариоты-доядерные (отнесены – организмы, не имеющие четко выраженного ядра, представленного молекулой ДНК в форме кольца; в состав клеточной стенки входит пептидогликан (муреин) и тейхоевые кислоты; рибосомы имеют константы седиментации 70; энергетические центры клетки находятся в мезосомах и отсутствуют органеллы).

1.2 Эукариоты-ядерные (с четко выраженным ядром, отделенным от цитоплазмы оболочкой; в клеточной стенке отсутствует пептидогликан и тейхоевые кислоты; рибосомы цитоплазмы крупнее; константа седиментации 80; энергетические процессы осуществляются в митохондриях; из органелл имеется комплекс Гольджи и др.).

В дальнейшем оказалось, что среди микроорганизмов есть и неклеточные формы-вирусы и поэтому выделили третье группу (царство) - вира.

Для обозначения микроорганизмов принята двойная (бинарная) номенклатура, которая включает в себя название рода и вида. Родовое название пишется с прописной буквы (заглавной), видовое (даже происходящее от фамилии)- со строчной (маленькой). Например, бациллу сибирской язвы называют Bacillus anthracis, кишечную палочку- Escherichia coli, аспергилл черный-Aspergillus niger.

Основной (низшей) таксономической единицей является вид. Виды объединяются в роды, роды - в семейства, семейства -в порядки, порядки - в классы, классы - в отделы, отделы - в царства.

Вид- это совокупность особей одного генотипа с явно выраженным фенотипическим сходством.

Культура - микроорганизмы, полученные от животного, человека, растения или субстрата внешней среды и выращенные на питательной среде. Чистые культуры состоят из особей одного вида (потомство, полученное из одной клетки - клон).

Штамм- культура одного и того же вида, выделенная из различных сред обитания и отличающиеся незначительными изменениями свойств. Например, кишечная палочка, выделенная из организма человека, крупного рогатого скота, водоемов, почвы, могут быть разными штаммами.

2 Прокариоты (бактерии и актиномицеты). Бактерии (прокариоты)-это большая группа микроорганизмов (около 1600 видов), большинство из которых одноклеточные. Форма и размеры бактерий. Основные формы бактерий: шаровидная, палочковидная и извитая. Шаровидные бактерии - кокки имеют обычную форму шара, встречаются уплощенные, овальной или бобовидной формы. Кокки могут быть в виде клеток одиночных - монококки (микрококки) или соединенных в различных сочетаниях: попарно - диплококки, по четыре клетки - тетракокки, в виде более или менее длинных цепочек - стрептококки, а также в виде скоплений кубической формы (в виде пакетов) из восьми клеток, расположенных в два яруса один над другим, - сарцины. Встречаются скопления неправильной формы, напоминающие грозди винограда, - стафилококки. Палочковидные бактерии могут быть одиночными или соединенными попарно - диплобактерии, цепочками по три-четыре и более клеток - стрептобактерии. Соотношения между длиной и толщиной палочек бывают самыми различными. Извитые, или изогнутые, бактерии различаются длиной, толщиной и степенью изогнутости. Палочки, слегка изогнутые в виде запятой, называют вибрионами, палочки с одним или несколькими завитками в виде штопора - спириллами, а тонкие палочки с многочисленными завитками - спирохетами. Благодаря использованию электронного микроскопа для изучения микроорганизмов в естественных природных субстратах были обнаружены бактерии, имеющие особую форму клеток: замкнутого или разомкнутого кольца (тороиды); с выростами (простеками); червеобразной формы - длинные с загнутыми очень тонкими концами; а также в виде шестиугольной звезды.

Размеры бактерий очень малы: от десятых долей микрометра (мкм) до нескольких микрометров. В среднем размер тела большинства бактерий 0,5-1 мкм, а средняя длина палочковидных бактерий - 2-5 мкм. Встречаются бак­терии, размеры которых значительно превышают среднюю величину, а некоторые находятся на грани видимости в обычных оптических микроскопах. Форма тела бактерий, как и их размеры, может изменяться в зависимости от возраста и условий роста. Однако при определенных, относительно стабильных условиях бактерии сохраняют присущие данному виду размеры и форму. Масса бактериальной клетки очень мала, приблизительно 4- 10- 1:! г.

Строение бактериальной клетки . Клетка прокариотных организмов, к которым относятся бактерии, обладает принципиальными особенностями ультраструктуры. Клеточная стенка (оболочка) - важный структурный элемент большинства бактерий. На долю клеточной стенки приходится от 5 до 20% сухих веществ клетки. Она обладает эластичностью, служит механическим барьером между протопластом и окружающей средой, придает клетке определенную форму. В состав клеточной стенки входит специфическое для прокариотных клеток гетерополимерное соединение - пептидогликан (муреин), отсутству­ющий в клеточных стенках эукариотных организмов. По методу окраски, предложенному датским физиком X. Грамом (1884 г.), бактерии делятся на две группы: грамположительные и грамотрицателъные. Грамположительные клетки удерживают краску, а грамотрицателъные не удерживают ее, что обусловлено различиями в химическом составе и ультраструктуре их клеточных стенок. У грамположительных бактерий клеточные стенки более толстые, аморфные, в них содержится большое количество муреина (от 50 до 90% сухой массы клеточной стенки) и тейхоевые кис­лоты. Клеточные стенки грамотрицательных бактерий более тонкие, слоистые, в них содержится много липидов, мало муреина (5-10%) и отсутствуют тейхоевые кислоты.

Клеточная стенка бактерий часто бывает покрыта слизью. Слизистый слой может быть тонким, едва различимым, но может быть и значительным, может образовывать капсулу. Нередко по размеру капсула намного превышает бактериальную клетку. Ослизнение клеточных стенок иногда бывает настолько сильным, что капсулы отдельных клеток сливаются в слизистые массы (зоогели), в которые вкраплены бактериальные клетки. Образуемые некоторыми бактериями слизистые вещества не удерживаются в виде компактной массы вокруг клеточной стенки, а диффундируют в окружающую среду. При быстром размножении в жидких субстратах слизеобразующие бактерии могут превратить их в сплошную слизистую массу. Такое явление наблюдается иногда в сахаристых экстрактах из свеклы при производстве сахара. За короткое время сахарный сироп может превратиться в тягучую слизистую массу. Ослизнению подвергаются мясо, колбасы, творог; наблюдается тягучесть молока, рассолов, квашеных овощей, пива, вина. Интенсивность слизеобразования и химический состав слизи зависят от вида бактерий и условий культивирования. Капсула обладает полезными свойствами, слизь предохраняет клетки от неблагоприятных условий - у многих бактерий в таких условиях усиливается слизеобразование. Капсула защищает клетку от механических повреждений и высыхания, создает дополнительный осмотический барьер, служит препятствием для проникновения фагов, антител, иногда она является источником запасных питательных ве­ществ. Цитоплазматическая мембрана отделяет от клеточной стенки содержимое клетки. Это обязательная структура любой клетки. При нарушении целостности цитоплазматической мембраны клетка теряет жизнеспособность. На долю цитоплазматической мембраны приходится 8-15% сухого вещества клетки. В мембране содержится до 70-90% липидов клетки, толщина ее 7-10 нм 1 . На срезах клеток в электронном микроскопе она видна в виде трехслойной струк­туры - одного липидного слоя и двух примыкающих к нему с обеих сторон белковых слоев. Цитоплазматическая мембрана местами впячивается внутрь клетки, образуя всевозможные мембранные структуры. В ней находятся различ­ные ферменты; она полупроницаема, играет важную роль в обмене веществ между клеткой и окружающей средой. Цитоплазма бактериальной клетки представляет собой полужидкую, вязкую, коллоидную систему. Местами она пронизана мембранными структурами - мезосомами, которые произошли от цитоплазматической мембраны и сохранили с ней связь. Мезосомы выполняют различные функции; в них и в связанной с ними цитоплазматической мембране имеются ферменты, участвующие в энергетических процессах - в снабжении клетки энергией. Хорошо развитые мезосомы обнаружены только у грамположительных бактерий, у грамотрицательных они развиты слабо и имеют более простое строение. В цитоплазме содержатся рибосомы, ядерный аппарат и различные включения. Рибосомы рассеяны в цитоплазме в виде гранул размером 20-30 нм; рибосомы состоят примерно на 60% из рибонуклеиновой кислоты (РНК) и на 40% из белка. Рибосомы ответственны за синтез белка клетки. В бактериальной клетке в зависимости от ее возраста и условий жизни может или быть 5-50 тыс. рибосом. Ядерный аппарат бактерий называют нуклеоидом. Электронная микроскопия ультратонких срезов клетки бактерий позволила установить, что носителем генетической информации клетки является молекула дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). ДНК имеет форму двойной спиральной нити, замкнутой в кольцо; ее еще называют "бактериальная хромосома". Она расположена в определенном участке цитоплазмы, но не отделена от нее собственной мембраной.

Цитоплазматические включения бактериальной клетки разнообразны, в основном это запасные питательные вещества, которые откладываются в клетках, когда они развиваются в условиях избытка питательных веществ в среде, и потребляются, когда клетки попадают в условия голодания. В клетках бактерий откладываются полисахариды: гликоген, крахмалоподобное вещество гранулеза, которые используются в качестве источника углерода и энергии. Липиды обнаруживаются в клетках в виде гранул и капелек. Жир служит хорошим источником углерода и энергии. У многих бактерий накапливаются полифосфаты; они содержатся в волютиновых гранулах и используются клетками как источник фосфора и энергии. В клетках серных бактерий откладывается молекулярная сера.

Подвижность бактерий . Шаровидные бактерии, как правило, неподвижны. Палочковидные бактерии бывают как подвижные, так и неподвижные. Изогнутые и спиралевидные бактерии подвижны. Некоторые бактерии перемещаются путем скольжения. Движение большинства бактерий осуществляется с помощью жгутиков. Жгутики - это тонкие, спирально закрученные нити белковой природы, которые могут осуществлять вращательные движения. Длина жгутиков различна, а толщина так мала (10-20 нм), что в световой микроскоп их можно увидеть только после специальной обработки клетки. Наличие, число и расположение жгутиков - постоянные для вида признаки и имеют диагностическое значение. Бактерии с одним жгутиком на конце клетки получили название монотрихов; с пучком жгутиков - лофотрихов", с пучком жгутиков на обоих концах клетки - амфитрихов; бактерии, у которых жгутики находятся на всей поверхности клетки, называются перитрихами. Скорость передвижения бактерий велика: за секунду клетка со жгутиками может пройти расстояние в 20-50 раз больше, чем длина ее тела. При неблагоприятных условиях жизни, при старении клетки, при механическом воздействии подвижность может быть утрачена. Кроме жгутиков, на поверхности некоторых бактерий имеются в большом количестве нитевидные образования, значительно тоньше и короче, чем жгутики - фимбрии (или пили).

Размножение бактерий. Для прокариотных клеток характерно простое деление клетки надвое. Деление клетки начинается, как правило, спустя некоторое время после деления нуклеоида. Палочковидные бактерии делятся попе­рек, шаровидные формы в разных плоскостях. В зависимости от ориентации плоскости деления и их числа возникают различные формы: одиночные кокки, парные, цепочки, в виде пакетов, гроздьев. Особенностью размножения бактерий является быстрота протекания процесса. Скорость деления зависит от вида бактерий, условий культивирования: некоторые виды делятся через каждые 15-20 мин, другие - через 5-10 ч. При таком делении число клеток бактерий за сутки достигает огромного количества. Это часто наблюдается на пищевых продуктах: быстрое скисание молока вследствие развития молочно-кислых бактерий, быстрая порча мяса и рыбы за счет развития гнилостных бактерий и т.д.

Спорообразование. Споры у бактерий образуются обычно при неблагоприятных условиях развития: при недостатке питательных веществ, изменении температуры, рН, при накоплении продуктов обмена выше определенного уровня. Способностью образовывать споры обладают в основном па­лочковидные бактерии. В каждой клетке образуется только одна спора (эндоспора).

Спорообразование - сложный процесс, в нем различают несколько стадий: сначала наблюдается перестройка генетического аппарата клетки, изменяются морфология нуклеоида. В клетке прекращается синтез ДНК. Ядерная ДНК вытягивается в виде нити, которая затем разделяется; часть ее концентрируется у одного из полюсов клетки. Эта часть клетки называется спорогенной зоной. В спорогенной зоне происходит уплотнение цитоплазмы, затем этот участок обособляется от остального клеточного содержимого перегородкой (септой). Отсеченный участок покрывается мембраной материнской клетки, образуется так называемая проспора. Проспора - это структура, располагающаяся внутри материнской клетки, от которой она отделена двумя мембранами: наружной и внутренней. Между мембранами формируется кортикальный слой (кортекс), сходный по химическому составу с клеточной стенкой вегетативной клетки. Помимо пептидогликана, в кортексе содержится дипиколиновая кислота (С 7 Н 8 О 4 Мg), которая отсутствует в вегетативных клетках. В дальнейшем по­верх проспоры образуется оболочка споры, состоящая из нескольких слоев. Число, толщина и строение слоев различны у разных видов бактерий. Поверхность наружной оболочки может быть гладкой либо с выростами разной длины и формы. Поверх оболочки споры нередко образуется еще тонкий покров, окружающий спору в виде чехла, - экзоспориум.

Споры имеют обычно круглую или овальную форму. Диаметр спор некоторых бактерий превышает ширину клетки, вследствие чего форма спороносящих клеток, изменяется. Клетка приобретает форму веретена (клостридиум ) , если спора расположена в ее центре, или форму барабанной палочки (плектридиум) , когда спора приближена к концу клетки.

После созревания споры материнская клетка отмирает, оболочка ее разрушается, и спора освобождается. Процесс образования споры протекает в течение нескольких часов.

Наличие у бактериальных спор плотной, труднопроницаемой оболочки, малое содержание в ней воды, большое количество липидов, а также наличие кальция и дипиколиновой кислоты обусловливают высокую устойчивость спор к факторам внешней среды. Споры могут находиться в жизнеспособном состоянии сотни и даже тысячи лет. Например, жизнеспособные споры выделены из трупов мамонтов и египетских мумий, возраст которых исчисляется тысячелетиями. Споры устойчивы к высокой температуре: в сухом состоянии они погибают после прогревания при 165-170°С в течение 1,5-2 ч, а при перегретом паре (в автоклаве) -- при 121°С в течение 15-30 мин.

В благоприятных условиях спора прорастает в вегетативную клетку; этот процесс обычно длится несколько часов.

Прорастающая спора начинает активно поглощать воду, активизируются ее ферменты, усиливаются биохимические процессы, приводящие к росту. Кортекс при прорастании споры превращается в клеточную стенку молодой вегетативной клетки; освобождаются во внешнюю среду дипиколиновая кислота и кальций. Внешняя оболочка споры разрывается, через разрывы выходит наружу "росток" новой клетки, из которого затем формируется вегетативная бактериальная клетка.

Порчу пищевых продуктов вызывают лишь вегетативные клетки. Знание факторов, способствующих образованию спор у бактерий, и факторов, которые вызывают их прорастание в вегетативные клетки, имеет значение в выборе способа обработки продуктов с целью предотвращения их микробной порчи.

Изложенные выше сведения характеризуют в основном так называемые истинные бактерии. Существуют и другие, более или менее отличающиеся от них, к которым относятся следующие.

Нитчатые (нитевидные бактерии). Это многоклеточные организмы в виде нитей различной длины, диаметром от 1 до 7 мкм, подвижных или прикрепленных к субстрату. В основном нити со слизистым чехлом. Они могут содержать окись магния или окислы железа. Живут в водоемах, встречаются в почве.

Миксобактерии. Это палочковидные бактерии, передвигаются путем скольжения. Они образуют плодовые тела - скопления клеток, заключенных в слизь. Клетки в плодовых телах переходят в покоящееся состояние - миксоспоры. Эти бактерии живут в почве, на различных растительных остатках.

Почкующиеся и стебельковые бактерии размножаются почкованием, образуют стебельки или то и другое вместе. Есть виды с выростами - простеками. Живут в почве и водоемах.

Актиномицеты. Бактерии имеют ветвистую форму. Одни - палочки слегка разветвленные (см. рис. 2, д), другие - в виде тонких ветвящихся нитей, образующих одноклеточный мицелий. Мицелиальные актиномицеты, называ­емые "лучистые грибки", размножаются спорами, развивающимися на воздушных ветвях мицелия. Актиномицеты бывают окрашены; они широко распространены в природе. Встречаются и на пищевых продуктах и могут вызвать их порчу. Продукт приобретает характерный землистый запах. Многие актиномицеты продуцируют антибиотики. Есть виды, патогенные для человека и животных.

Микоплазмы. Организмы без клеточной стенки, покрыты лишь трехслойной мембраной. Клетки очень мелкие, иногда ультрамикроскопических размеров (около 200 нм), плеоморфные (разнообразной формы) - от кокковидных до нитевидных. Некоторые вызывают заболевания человека, животных, растений.

Основы систематики бактерий Современные системы классификации бактерий по существу являются искусственными, объединяют бактерии в определенные группы на основе сходства их по комплексу морфологических, физиологических, биохимических и генотипических признаков.В этих целях используется руководство Берги по определению бактерий (1974 год, 8-е издание и 1984 г.- 9-е издание). По 8-му изданию все прокариоты делят на два отдела - цианобактерии и бактерии. Первый отдел - цианобактерии (синезеленые водоросли) - это фототрофные микроорганизмы. Второй отдел - бактерии. Этот отдел разделен на 19 групп. К 17-ой группе относят актиномицеты. По 9-му изданию царство прокариот подразделено на четыре отдела в зависимости от наличия или отсутствия клеточной стенки и ее химического состава: в первый отдел - тонкокожие, включены группы бактерий, грамотрицательные, фототрофные и цианобактерии; во 2-ой отдел - твердокожие, включены группы бактерий, относящиеся к окраске по Граму положительно; в третий отдел включены микоплазмы- бактерии, не имеющие клеточной стенки; в четвертый отдел включены метанобразующие и архебактерии(особая группа бактерий, обитающая в экстремальных условиях внешней среды и являющиеся одной из древнейших форм жизни).

а) Кокки . В процессе деления новые молодые клетки могут образовывать специфические скопления. По взаимному расположению клеток после деления кокки подразделяются на следующие морфологические группы (рис. 2.1):

1 – монококки – клетки располагающиеся по одной, изолированно друг от друга (Micrococcus roseus);

2 – диплококки, или парные кокки, – клетки, располагающиеся попарно или в коротких (4-6) цепочках (Leuconostoc mesenterioides, Neisseria gonorrhoeae);

3 – стрептококки – соединение отдельных кокков в виде цепочек (Streptococcus lactis);

4 – сарцины - группа кокков, клетки которых образуют плотно упакованные угловатые скопления, напоминающие кубики или перевязанные тюки (Sarcina flava, Sarcina ureae);

5 – стафилококки - неоформленные скопления кокков, (Staphilococcus aureus, Staph. epidermidis).

Однако среди кокков встречаются такие, которые не имеют форму правильных шаров. Так, возбудитель гонорреи имеет бобовидную форму, возбудитель скисания пива – Leuconostoc mesenterioides – вытянутую форму. Кроме того, необходимо отметить, что форма клеток многих бактерий может меняться в зависимости от их физиологического состояния.

Рис. 2.1. Бактерии. Шаровидные формы.

1 - микрококки; 2 - диплококки; 3 - стрептококки; 4 - сарцины;

5 - стафилококки.

б) Палочки. К. этой группе относятся микробы, имеющие форму цилиндрических клеток. Некоторые из них образуют эндоспоры (p. Bacillus, p. Clostridium ) и иногда в обиходе называются бациллами, не образующие эндоспор (p. Salmonella, p. Pseudomonas и др.) – бактериями. Палочки, подобно коккам, могут давать различные сочетания:

Рис. 2.2. Бактнрии палочктвидной формы.

Палочки, соединенные по две, носят название диплобацилл, или диплобактерий;

Палочки, соединенные в цепочку, образуют стрептобациллы, или

Стрептобактерии (рис.2.2).

У одних палочек концы закругленные, у других– прямые, у третьих –заостренные.

в) К третьей группе относятся бактерии, извитые в виде спирали. Среди них различают палочки, слегка изогнутые в виде запятой - вибрионы; спирально извитые микроорганизмы -спириллы и спирохеты (рис.2.3).

Рис. 2.3. Извитые формы.

1 - вибрион; 2 - спирилла; 3 - спирохеты

Размеры клеток

Размеры клетки определяют под микроскопом c помощью окулярной линейки (микрометра). У кокков измеряют диаметр, у других форм - длину и ширину клетки. Результаты измерений выражают в микрометрах (мкм). Для измерения лучше использовать живые, а не фиксированные клетки, так как фиксация и окраска может несколько изменить их размеры. Если клетки подвижны, препарат слегка подогревают или к капле исследуемой суспензии добавляют каплю 0,1%-ного водного раствора агар-агара.

В окуляр микроскопа вставляют окулярную линейку. Для этого вывинчивают глазную линзу окуляра, помещают на его диафрагму окулярную линейку и завинчивают линзу вновь. На столик микроскопа кладут препарат, фокусируют объект и определяют, скольким делениям линейки соответствует длина и ширина клетки при данном увеличении микроскопа. Чтобы результат был достоверным, измеряют не менее 10-20 клеток. Результаты вносят в таблицу.

Однако делениями окуляр-микрометра нельзя непосредственно измерить клетку, так как цена деления окулярной линейки зависит от используемого в каждом случае объектива. Поэтому необходимо определить цену деления окулярного микрометра для данного увеличения микроскопа и выразить ее в микрометрах. Это делают с помощью объективного микрометра.

Объективный микрометр (рис.) представляет собой металлическую пластинку с отверстием в центре, в которое вставлено стекло. На стекло нанесена линейка длиной 1 мм, которая разделена точно на 100 частей, так что одно деление ее соответствует 0,01 мм или 10 мкм.

Для определения цены деления окулярной линейки на столик микроскопа вместо препарата помещают объективный микрометр и вначале при малом увеличении фокусируют изображение линейки. Затем перемещают линейку объект-микрометра в центр поля зрения и только после этого меняют объектив на тот, при котором измеряли клетки. Перемещая столик микроскопа и поворачивая окуляр, устанавливают микрометры так, чтобы их шкалы были параллельны и одна перекрывала другую. Совмещают одно из делений шкалы окулярного и объективного микрометров и находят следующее их совмещение. Устанавливают, какую часть деления объективного микрометра составляет одно деление окулярной линейки, и умножают полученное число на 10. Таким образом, получают цену деления окулярного микрометра в микрометрах для данного увеличения микроскопа. Например, в два деления объективного микрометра, т. е. в 20 мкм, укладывается 9 делений окулярного микрометра, следовательно, одно деление окуляр-микрометра при данном увеличении микроскопа соответствует 2,22 мкм (рис. 2.4).

Зная, скольким делениям окулярной линейки соответствует длина и ширина изучаемого объекта, умножают цену деления окуляр-микрометра на эти числа. Полученные числа (длину и ширину клетки в мкм) вносят в таблицу.

Рис. 2.4. Объект-микрометр – а. Совмещение шкал окулярной линейки и шкалы объект-микрометра.

При сложных методах окраски микробов на один и тот же препарат воздействуют несколькими растворами. К сложным методам относится окраска по Граму, Циль-Нильсену, по Нейссеру и т. д. Используя такие методы окраски можно выявлять различные свойства бактерий. Окраска методом Грама позволяет дифференцировать бактерии с разным строением клеточной стенки.