Морфология микроорганизмов. Прижизненная окраска микроорганизмов. Методы изучения бактерий

Микроорганизмы (от лат. micros - малый) - организмы, невидимые невооруженным глазом. К ним относятся простейшие, спирохеты, грибы, бактерии, вирусы, изучением которых занимается микробиология. Величина микроорганизмов измеряется в микрометрах (мкм). В микромире существует большое разнообразие форм, которые делятся на группы с учетом общих принципов биологической классификации.

Первой общей биологической классификацией была созданная в XVIII веке система шведского ученого К. Линнея, основанная на морфологических признаках и включавшая животный и растительный мир. С развитием науки в классификации стали учитывать не только морфологические, но и физиологические, биохимические и генетические особенности микроорганизмов. В настоящее время невозможно говорить об единой классификации всех живых организмов: сохраняя единые принципы, классификации макро- и микроорганизмов имеют свои особенности.

Основными ступенями всех классификаций являются: царство - отдел - класс (группа) - порядок - семейство - род - вид. Главной классификационной категорией является вид - совокупность организмов, имеющих общее происхождение, сходные морфологические и физиологические признаки и обмен веществ.

Микроорганизмы относятся к царству прокариотов, представители которых, в отличие от эукариотов, не обладают оформленным ядром. Наследственная информация у прокариотов заключена в молекуле ДНК, располагающейся в цитоплазме клетки.

Для микроорганизмов принята в 1980 г. единая международная классификация, в основе которой лежит система, предложенная американским ученым Берги.

Для того чтобы определить, к какому виду относится микроорганизм, необходимо с помощью различных методов изучить его особенности (форму клетки, спорообразование, подвижность, ферментативные свойства) и по определителю найти его систематическое положение - идентифицировать.

Внутри вида существуют варианты: морфоварианты отличаются по морфологии, биоварианты - по биологическим свойствам, хемоварианты - по ферментативной активности, сероварианты - по антигенной структуре, фаговарианты - по чувствительности к фагам.

Для обозначения микроорганизмов принята общебиологическая бинарная или биноминальная (двойная) номенклатура, введенная К.Линнеем. Первое название обозначает род и пишется с прописной буквы. Второе название обозначает вид и пишется со строчной буквы. Например, Staphylococcus aureus - стафилококк золотистый. В названиях могут быть отражены имена исследователей, открывших микроорганизмы: бруцеллы - в честь Брюса, эшерихии - в честь Эшериха и т. д. В ряд наименований включены органы, которые поражает данный микроорганизм: пневмококки - легкие, менингококки - мозговую оболочку и т. д.

Бактерии

Бактерии - это одноклеточные организмы, лишенные хлорофилла. Средние размеры бактериальной клетки - 2-6 мкм. Размеры и форма клеток бактерий, присущие микроорганизмам определенного вида, могут изменяться под влиянием различных факторов (в зависимости от возраста бактериальной культуры, среды обитания и пр). Это явление называется полиморфизмом.

По форме клетки бактерии делятся на три группы: шаровидные, палочковидные и извитые (рис. 4).

Шаровидные бактерии называются кокки (от лат. coccus - ягода) и имеют диаметр клетки от 0,5 до 1 мкм. Форма кокков разнообразна: сферическая, ланцетовидная, бобовидная. По взаимному расположению клеток после деления среди кокков выделяют: микрококки (от лат. micros - малый) - клетки делятся в разных плоскостях и располагаются поодиночке; диплококки (от лат. diploos - двойной) - клетки делятся в одной плоскости и затем располагаются попарно; к ним относятся ланцетовидные пневмококки и бобовидные гонококки и менингококки; стрептококки (от лат. streptos - цепочка) - клетки делятся в одной плоскости и не расходятся, образуя цепочку; стафилококки (от лат. staphyle - гроздь) - клетки делятся в различных плоскостях, образуя скопления в виде грозди винограда; тетракокки (от лат. tetra - четыре) - клетки делятся в двух взаимно перпендикулярных плоскостях и располагаются по четыре; сарцины (от лат. sarcio - соединяю) - клетки делятся в трех взаимно перпендикулярных плоскостях и располагаются в виде тюков или пакетов по 8 или 16 клеток в каждом.

Кокки широко распространены во внешней среде, а также в организме человека и животных. Почти все группы кокков, исключая микрококки, тетракокки и сарцины, включают возбудителей инфекционных заболеваний.

Палочковидные формы называются бактериями. Средние размеры их от 1 до 6 мкм в длину и от 0,5 до 2 мкм в толщину.

Бактерии различаются по внешнему виду: концы их могут быть закругленными (кишечная палочка), обрубленными (возбудитель сибирской язвы), заостренными (возбудитель чумы) или утолщенными (возбудитель дифтерии). После деления бактерии могут располагаться попарно - диплобактерии (клебсиеллы), цепочкой (возбудитель сибирской язвы), иногда под углом друг к другу или крест-накрест (возбудитель дифтерии). Большинство бактерий располагается беспорядочно.

Среди бактерий встречаются изогнутые формы - вибрионы (возбудитель холеры).

К извитым формам относятся спириллы и спирохеты. Форма их клетки напоминает спираль. Большинство спирилл неболезнетворны.

Строение бактериальной клетки

Для изучения строения бактериальной клетки наряду со световым микроскопом применяют электронно-микроскопические и микрохимические исследования, позволяющие определить ультраструктуру бактериальной клетки.

Бактериальная клетка (рис. 5) состоит из следующих частей: трехслойной оболочки, цитоплазмы с различными включениями и ядерного вещества (нуклеоида). Дополнительными структурными образованиями являются капсулы, споры, жгутики, пили.

Оболочка клетки состоит из наружного слизистого слоя, клеточной стенки и цитоплазматической мембраны.

Слизистый капсульный слой находится снаружи клетки и выполняет защитную функцию.

Клеточная стенка - один из основных структурных элементов клетки, сохраняющий ее форму и отделяющий клетку от окружающей среды. Важным свойством клеточной стенки является избирательная проницаемость, которая обеспечивает проникновение в клетку необходимых питательных веществ (аминокислот, углеводов и др.) и выведение из клетки продуктов обмена. Клеточная стенка сохраняет внутри клетки постоянное осмотическое давление. Прочность стенки обеспечивает муреин, вещество полисахаридной природы. Некоторые вещества разрушают клеточную стенку, например лизоцим.

Бактерии, полностью лишенные клеточной стенки, называются протопластами. Они сохраняют способность к дыханию, делению, синтезу ферментов; к воздействию внешних факторов: механическому повреждению, осмотическому давлению, аэрации и др. Сохранить протопласты можно только в гипертонических растворах.

Бактерии с частично разрушенной клеточной стенкой называются сферопластами. Если подавить процесс синтеза клеточной стенки с помощью пенициллина, то образуются L-формы, которые у всех видов бактерий представляют шаровидные крупные и мелкие клетки с вакуолями.

Цитоплазматическая мембрана плотно прилегает к клеточной стенке с внутренней стороны. Она очень тонкая (8-10 нм) и состоит из белков и фосфолипидов. Это пограничный полупроницаемый слой, через который осуществляется питание клетки. В мембране находятся ферменты пермеазы, осуществляющие активный перенос веществ, и ферменты дыхания. Цитоплазматическая мембрана образует мезосомы, принимающие участие в делении клетки. При помещении клетки в гипертонический раствор мембрана может отделиться от клеточной стенки.

Цитоплазма - внутреннее содержимое бактериальной клетки. Она представляет собой коллоидную систему, состоящую из воды, белков, углеводов, липидов, различных минеральных солей. Химический состав и консистенция цитоплазмы изменяются в зависимости от возраста клетки и условий окружающей среды. В цитоплазме находятся ядерное вещество, рибосомы и различные включения.

Нуклеоид, ядерное вещество клетки, ее наследственный аппарат. Ядерное вещество прокариотов в отличие от эукариотов не имеет собственной мембраны. Нуклеоид зрелой клетки представляет собой двойную нить ДНК, свернутую в кольцо. В молекуле ДНК закодирована генетическая информация клетки. По генетической терминологии ядерное вещество получило название генофор или геном.

Рибосомы находятся в цитоплазме клетки и выполняют функцию синтеза белка. В состав рибосомы входит 60% РНК и 40% белка. Количество рибосом в клетке достигает 10000. Соединяясь вместе, рибосомы образуют полисомы.

Включения - гранулы, содержащие различные запасные питательные вещества: крахмал, гликоген, жир, волютин. Они расположены в цитоплазме.

Клетки бактерий в процессе жизнедеятельности образуют защитные органеллы - капсулы и споры.

Капсула - внешний уплотненный слизистый слой, примыкающий к клеточной стенке. Это защитный орган, который появляется у некоторых бактерий при попадании их в организм человека и животных. Капсула предохраняет микроорганизм от защитных факторов организма (возбудители пневмонии и сибирской язвы). Некоторые микроорганизмы имеют постоянную капсулу (клебсиеллы).

Споры встречаются только у палочковидных бактерий. Они образуются при попадании микроорганизма в неблагоприятные условия внешней среды (действие высоких температур, высыхание, изменение рН, уменьшение количества питательных веществ в среде и т. д.). Споры находятся внутри бактериальной клетки и представляют уплотненный участок цитоплазмы с нуклеоидом, одетый собственной плотной оболочкой. По химическому составу они отличаются от вегетативных клеток малым количеством воды, увеличенным содержанием липидов и солей кальция, что способствует высокой устойчивости спор. Спорообразование происходит в течение 18-20 ч; при попадании микроорганизма в благоприятные условия спора в течение 4-5 ч прорастает в вегетативную форму. В бактериальной клетке образуется только одна спора, следовательно, споры не являются органами размножения, а служат для переживания неблагоприятных условий.

Спорообразующие аэробные бактерии называются бациллами, а анаэробные - клостридиями.

Споры отличаются по форме, размерам и расположению в клетке. Они могут располагаться центрально, субтерминально и терминально (рис. 6). У возбудителя сибирской язвы спора располагается центрально, ее размер не превышает поперечника клетки. Спора возбудителя ботулизма расположена ближе к концу клетки - субтерминально и превышает ширину клетки. У возбудителя столбняка округлая спора располагается на конце клетки - терминально и значительно превышает ширину клетки.

Жгутики - органы движения, характерны для палочковидных бактерий. Это тонкие нитевидные фибриллы, состоящие из белка - флагеллина. Длина их значительно превышает длину бактериальной клетки. Жгутики отходят от базального тельца, расположенного в цитоплазме, и выходят на поверхность клетки. Наличие их можно обнаружить по определению подвижности клеток под микроскопом, в полужидкой питательной среде или при окраске специальными методами. Ультраструктура жгутиков изучена в электронном микроскопе. По расположению жгутиков бактерии делят на группы (см. рис. 6): монотрихи - с одним жгутиком (возбудитель холеры); амфитрихи - с пучками или единичными жгутиками на обоих концах клетки (спириллы); лофотрихи - с пучком жгутиков на одном конце клетки (фекальный щелочеобразователь); перитрихи - жгутики расположены по всей поверхности клетки (кишечные бактерии). Скорость движения бактерий зависит от количества и расположения жгутиков (наиболее активны монотрихи), от возраста бактерий и влияния окружающих факторов.

Пили или фимбрии - ворсинки, расположенные на поверхности бактериальных клеток. Они короче и тоньше жгутиков и также имеют спиральную структуру. Состоят пили из белка - пилина. Одни пили (их несколько сотен) служат для прикрепления бактерий к клеткам животных и человека, с другими (единичными) связана передача генетического материала из клетки в клетку.

Микоплазмы

Микоплазмы - клетки, не имеющие клеточной стенки, но окруженные трехслойной липопротеидной цитоплазматической мембраной. Микоплазмы могут быть сферической, овальной формы, в виде нитей и звезд. Микоплазмы по классификации Берги выделены в отдельную группу. В настоящее время этим микроорганизмам уделяется все большее внимание как возбудителям заболеваний воспалительного характера. Размеры их различны: от нескольких микрометров до 125-150 нм. Мелкие микоплазмы проходят через бактериальные фильтры и называются фильтрующимися формами.

Спирохеты

Спирохеты (см. рис. 52) (от лат. speira - изгиб, chaite - волосы) - тонкие, извитые, подвижные одноклеточные организмы, имеющие размеры от 5 до 500 мкм в длину и 0,3-0,75 мкм в ширину. С простейшими их роднит способ движения путем сокращения внутренней осевой нити, состоящей из пучка фибрилл. Характер движения спирохет различен: поступательное, вращательное, сгибательное, волнообразное. В остальном строение клетки типичное для бактерий. Некоторые спирохеты слабо окрашиваются анилиновыми красителями. Спирохеты разделяют на роды по количеству и форме завитков нити и ее окончанию. Кроме сапрофитных форм, распространенных в природе и организме человека, среди спирохет имеются болезнетворные - возбудители сифилиса и других заболеваний.

Риккетсии

Вирусы

Среди вирусов выделяют группу фагов (от лат. phagos - пожирающий), вызывающих лизис (разрушение) клеток микроорганизмов. Сохраняя присущие вирусам свойства и состав, фаги отличаются структурой вириона (см. главу 8). Они не вызывают заболеваний человека и животных.

Контрольные вопросы

1. Расскажите о классификации микроорганизмов.

2. Назовите основные свойства представителей царства прокариотов.

3. Перечислите и охарактеризуйте основные формы бактерий.

4. Назовите основные органеллы клетки и их назначение.

5. Дайте краткую характеристику основных групп бактерий и вирусов.

Изучение морфологии микроорганизмов

Для изучения морфологии микроорганизмов применяют микроскопический метод исследования. Важным условием успешного использования этого метода является правильное приготовление мазка из исследуемого материала или бактериальной культуры. Культурой называются микроорганизмы, выращенные на питательных средах в лабораторных условиях.

Техника приготовления мазка

Для работы необходимо иметь чистые и обезжиренные предметные и покровные стекла. Новые стекла кипятят 15-20 мин в 2-5% растворе соды или мыльной воде, споласкивают водой и помещают в слабую хлороводородную кислоту, затем тщательно промывают водой.

Стекла, бывшие в употреблении и загрязненные красителями или иммерсионным маслом, можно обработать двумя способами: 1) погрузить на 2 ч в концентрированную серную кислоту или хромовую смесь, а затем тщательно промыть; 2) кипятить 30-40 мин в 5% растворе соды или щелочи. Необработанные стекла можно обезжирить, натерев их мылом, а затем очистить от него сухой тканью.

Внимание! Если стекло хорошо обезжирено, то капля воды растекается на нем равномерно, не распадаясь на мелкие капли.

Хранят стекла в сосудах с притертыми пробками в смеси Никифорова (равные объемы спирта и эфира) или в 96% спирте. Из растворов стекла извлекают пинцетом.

Внимание! При работе стекла держат пальцами за грани.

Материал для исследования наносят на предметное стекло бактериальной петлей, иглой или пастеровской пипеткой. Чаще всего применяют бактериальную петлю (рис. 7), сделанную из платиновой или нихромовой нити длиной 5-6 см. Петлю закрепляют в петледержателе или впаивают в стеклянную палочку. Конец проволоки сгибают в виде кольца размером 1×1,5 или 2×3 мкм.

Внимание! Правильно приготовленная петля при погружении в воду и извлечении оттуда сохраняет водную пленку.

Перед приготовлением мазка рабочую часть петли прожигают в пламени горелки в вертикальном положении: сначала саму петлю, а затем металлический стержень. Эту манипуляцию проводят и после окончания посева.

Приготовление мазка из культуры, выращенной на жидкой питательной среде . Обезжиренное предметное стекло прожигают в пламени горелки и охлаждают. На предметное стекло, помещенное на подставку (чашку Петри, штатив), наносят культуру. Пробирку с культурой держат большим и указательным пальцами левой руки. Петлю держат в правой руке. Не выпуская петли, мизинцем правой руки прижимают пробку к ладони и осторожно вынимают ее из пробирки. Движения должны быть плавными и спокойными. Горло пробирки обжигают в пламени горелки. Вводят петлю в пробирку. Охлаждают петлю о стенку пробирки и затем погружают ее в культуру. Вынимают петлю, не касаясь ею стенок пробирки. Закрывают пробку, предварительно проведя ее через пламя горелки. Ставят пробирку в штатив. Петлей наносят культуру на предметное стекло, круговыми движениями равномерно распределяя ее. Затем петлю прожигают в пламени горелки. Мазок оставляют для высыхания.

Внимание! Мазок должен быть равномерно растертым, тонким и небольшим (с двухкопеечную монету).

Приготовление мазка из культуры, выращенной на плотной питательной среде . На подготовленное предметное стекло наносят пастеровской пипеткой или петлей каплю изотонического раствора натрия хлорида (0,9%). Культуру осторожно снимают петлей с агара в пробирке или чашке Петри и эмульгируют в капле на стекле. Приготовленный мазок должен быть равномерным и не густым. При его высыхании на предметном стекле остается слабый налет.

Приготовление мазка из гноя или мокроты . Материал забирают стерильной пипеткой или петлей и наносят на середину предметного стекла. Вторым предметным стеклом покрывают первое так, чтобы свободными остались треть первого и второго стекол. Стекла с усилием раздвигают в стороны. Получают два больших мазка.

Приготовление мазка из крови . Каплю крови наносят на предметное стекло на расстоянии одной трети от левого края. Затем краем специально отшлифованного стекла, наклонив его под углом 45°, прикасаются к капле крови. Прижимая отшлифованное стекло к предметному продвигают его вперед. Правильно приготовленный мазок имеет желтоватый цвет и просвечивает.

Приготовление мазков-отпечатков из внутренних органов трупов и пищевых продуктов твердой консистенции . Поверхность органа или пищевого продукта прижигают раскаленным скальпелем и из этого участка вырезают кусочек материала. Пинцетом осторожно захватывают этот кусочек и поверхностью среза прикасаются к предметному стеклу в двух - трех местах, делая ряд мазков-отпечатков.

Высушивание мазка

Мазок высушивают на воздухе при комнатной температуре. В случае необходимости его можно высушить около пламени горелки, держа стекло в горизонтальном положении за края большим и указательным пальцами мазком вверх.

Внимание! При высокой температуре может произойти нарушение структуры клеток.

Фиксация мазка

Мазки фиксируют после полного высыхания с целью: 1) закрепить микроорганизмы на стекле; 2) обезвредить материал; 3) убитые микроорганизмы лучше воспринимают окраску. Фиксированный мазок называется препаратом.

Способы фиксации. 1. Физический - в пламени горелки: стекло берут пинцетом или большим и указательным пальцами и троекратно проводят через верхнюю часть пламени горелки в течение 6 с.

2. Химический - в жидкости: клеточные элементы в мазках из крови и мазках-отпечатках при действии высоких температур разрушаются, поэтому их обрабатывают одной из фиксирующих жидкостей: а) метиловым спиртом- 5 мин; б) этиловым спиртом - 10 мин; в) смесью Никифорова - 10-15 мин; г) ацетоном - 5 мин; д) парами кислоты и формалина - несколько секунд.

Окраска препаратов

После фиксации приступают к окраске препарата.

Окраску препаратов производят на специально оборудованном столе, покрытом линолеумом, пластиком, стеклом и т. д. На столе необходимы сосуд с дистиллированной водой; подставка из двух трубочек или палочек, соединенных резиновыми трубками с обеих сторон (для размещения препаратов); пинцеты, цилиндры, пипетки, фильтровальная бумага, набор красителей, емкость для их слива. Стол для окраски должен находиться рядом с водопроводным краном.

Отношение микроорганизмов к красителям называется их тинкториальными свойствами. В микробиологии широко используют анилиновые красители. Большинство микроорганизмов лучше воспринимает основные красители.

Наиболее употребительны следующие красители: красные (фуксин основной, фуксин кислый, конго красный, нейтральный красный); синие (метиленовый и толуидиновый); фиолетовые (генциановый, метиловый, кристаллический); коричнево-желтые (везувин, хризоидин); зеленые (бриллиантовый, малахитовый).

Все красители выпускают в виде аморфных или кристаллических порошков. Из них готовят насыщенные спиртовые и феноловые растворы, а затем для работы используют водно-спиртовые или водно-феноловые растворы красителей. Если при окраске используют концентрированные растворы красителей, то препарат предварительно накрывают фильтровальной бумагой, на которую наносят краситель. При этом кусочки красителя остаются на бумаге.

Внимание! Каплю красителя наносят пипеткой так, чтобы он покрыл весь препарат.

Рецепты красителей

1. Насыщенные спиртовые растворы (исходные):

Красителя - 1 г спирта 96% - 10 мл

Смесь помещают в термостат до полного растворения на несколько дней. Взбалтывают ежедневно. Хранят в склянках с притертыми пробками.

2. Карболовый фуксин Циля (для окраски кислотоустойчивых микроорганизмов, спор и капсул):

Насыщенного спиртового раствора основного фуксина - 10 мл раствора карболовой кислоты 5% - 90 мл

Внимание! Карболовую кислоту вливают в краситель, а не наоборот.

Смесь в течение нескольких минут энергично встряхивают, фильтруют и сливают во флакон для хранения.

3. Фуксин Пфейффера (для окраски по Граму и для простого метода окраски):

Фуксина Циля - 1 мл воды дистиллированной - 9 мл

Краситель готовят непосредственно перед применением.

4. Карболовый генциановый фиолетовый (для окраски по Граму):

насыщенного спиртового раствора

генцианового фиолетового - 10 мл

карболовой кислоты 5% - 100 мл

Растворы смешивают и фильтруют через бумажный фильтр.

5. Раствор Люголя (для окраски по Граму и реактив на крахмал):

Йодида калия - 2 г кристаллического йода - 1 г дистиллированной воды - 10 мл

Смесь помещают в бутыль матового стекла, хорошо закупоривают и ставят на сутки в термостат, затем добавляют 300 мл дистиллированной воды.

6. Щелочной раствор метиленового синего Леффлера:

Насыщенного спиртового раствора метиленового синего - 30 мл раствора гидроксида калия 1% - 1 мл дистиллированной воды - 100 мл

7. Бумажки по Синеву (для окраски по Граму):

1% спиртовой раствор кристаллического фиолетового

Полоски фильтровальной бумаги пропитывают раствором и высушивают.

Методы окраски делят на ориентировочные (простые) и дифференциальные (сложные), выявляющие химические и структурные особенности бактериальной клетки.

Простой метод окраски

Препарат помещают на подставку для окраски, исследуемым материалом вверх. Пипеткой наносят на него раствор красителя. По истечении указанного времени краситель осторожно сливают, препарат промывают водой и высушивают фильтровальной бумагой. При простом методе используют один краситель. Метиленовым синим и щелочным синим Леффлера окрашивают препарат в течение 3-5 мин, фуксином Пфейффера - 1-2 мин (см. рис. 4).

На окрашенный и высушенный препарат наносят каплю иммерсионного масла и

Сложные методы окраски

Окраска по Граму (универсальный метод) . Наиболее распространенным методом дифференциальной окраски является окраска по Граму.

В зависимости от результатов окраски все микроорганизмы делят на две группы - грамположительные и грамотрицательные.

Грамположительные бактерии содержат в клеточной стенке магниевую соль РНК, которая образует комплексное соединение с йодом и основным красителем (генциановым, метиловым или кристаллическим фиолетовым). Этот комплекс не разрушается при действии спирта, и бактерии сохраняют фиолетовый цвет.

Грамотрицательные бактерии не способны удержать основной краситель, так как не содержат магниевой соли РНК. Под действием спирта краситель вымывается, клетки обесцвечиваются и окрашиваются дополнительным красителем (фуксином) в красный цвет.

1. На препарат накладывают бумажку по Синеву и наносят несколько капель воды или раствор генцианового фиолетового. Окрашивают 1-2 мин. Снимают бумагу или сливают краситель.

2. Не промывая водой, наносят раствор Люголя до почернения (1 мин), затем краситель сливают.

3. Не промывая водой, наносят 96% спирт до отхождения красителя (30-60 с). Можно опустить препарат в стаканчик со спиртом на 1-2 с.

4. Промывают препарат водой.

5. Докрашивают фуксином Пфейффера 3 мин, промывают водой и высушивают.

Микроскопируют с помощью иммерсионной системы.

Окраска по Цилю - Нильсену (для кислотоустойчивых бактерий) . Этот метод применяют для выявления бактерий туберкулеза и проказы, имеющих в оболочке клеток большое количество липидов, воска и оксикислот. Бактерии кислото-, щелоче- и спиртоустойчивы. Для увеличения проницаемости клеточной стенки первый этап окрашивания проводят при подогревании.

1. Фиксированный препарат покрывают фильтровальной бумагой и наносят фуксин Циля. Удерживая стекло пинцетом, препарат подогревают над пламенем горелки до отхождения паров. Добавляют новую порцию красителя и подогревают еще 2 раза. После охлаждения снимают бумагу и промывают препарат водой.

2. Препарат обесцвечивают 5% раствором серной кислоты, погружая 2-3 раза в раствор или наливая кислоту на стекло, затем несколько раз промывают водой.

3. Окрашивают водно-спиртовым раствором метиленового синего в течение 3-5 мин, промывают водой и высушивают.

Микроскопируют с помощью иммерсионной системы.

Кислотоустойчивые бактерии окрашиваются в красный цвет, остальные - в синий (см. рис. 4).

Окраска по Ожешко (выявление спор) . 1. На высушенный на воздухе мазок наливают несколько капель 0,5% раствора хлороводородной кислоты и подогревают до образования паров. Препарат высушивают и фиксируют над пламенем.

2. Окрашивают по способу Циля - Нильсена. Кислотоустойчивые споры окрашиваются в розово-красный, а бактериальная клетка - в голубой цвет (см. рис. 4).

Окраска по Бурри - Гинсу (выявление капсулы) . Этот метод назван негативным, так как окрашивается фон препарата и бактериальная клетка, а капсула остается неокрашенной.

1. На предметное стекло наносят каплю черной туши, разведенной в 10 раз. В нее вносят каплю культуры. Ребром шлифовального стекла делают мазок, так же как мазок крови, и высушивают.

2. Фиксируют химическим способом спиртом или сулемой. Осторожно промывают водой.

3. Окрашивают фуксином Пфейффера 3-5 мин. Осторожно промывают и высушивают на воздухе.

Внимание! Фильтровальной бумагой не пользоваться, чтобы не повредить препарат.

Микроскопируют с помощью иммерсионной системы. Фон препарата черный, клетки - красные, капсулы - неокрашенные (см. рис. 4).

Прижизненная окраска микроорганизмов

Для изучения живой культуры используют чаще всего метиленовый синий и другие красители в больших разведениях (1:10000). Каплю исследуемого материала смешивают на предметном стекле с каплей красителя и накрывают покровным стеклом. Микроскопируют с помощью объектива 40×.

Изучение подвижности микроорганизмов

Для исследования используют культуру бактерий, выращенных в жидкой питательной среде, или взвесь бактерий в изотоническом растворе натрия хлорида.

Метод раздавленной капли . На предметное стекло наносят пипеткой каплю культуры и покрывают ее покровным стеклом. Чтобы не образовывалось пузырьков воздуха, покровное стекло подводят ребром к краю капли и резко опускают его. Для предохранения препарата от высыхания его помещают во влажную камеру.

Влажная камера представляет собой чашку Петри, на дне которой находится влажная фильтровальная бумага. На бумагу кладут две спички и на них помещают препарат. Чашку закрывают крышкой.

Микроскопируют при увеличении объектива 40х в темном поле (см. главу 2).

Метод висячей капли (рис. 8). Для приготовления препарата необходимы стекло с лункой, покровное стекло и вазелин. Края лунки покрывают тонким слоем вазелина.

На покровное стекло наносят каплю культуры. Затем осторожно накрывают покровное стекло стеклом с лункой так, чтобы капля оказалась в центре. Склеившиеся стекла быстро переворачивают покровным стеклом вверх. Капля находится в герметической камере и сохраняется долгое время. При микроскопии сначала при малом увеличении (8×) находят край капли, а затем проводят изучение препарата при большом увеличении.

Контрольные вопросы

1. Как приготовить бактериальную петлю?

2. Назовите цели и способы фиксации мазков.

3. Назовите основные красители.

4. Какими методами изучают подвижность микроорганизмов?

Задание

1. Возьмите готовые препараты, изучите их и зарисуйте основные формы микроорганизмов.

2. Приготовьте мазки из различного материала (культуры, гноя, крови, мазки-отпечатки).

3. Окрасьте препараты сложными методами (по Граму, Цилю - Нильсену, Ожешко, Бурри - Гинсу).

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

Бактерии - одноклеточные, наиболее изученные микроорганизмы размером 0,4-10 мкм. По форме их делят на кокки - микробы шаровидной формы (микрококки, диплококки, тетракокки, сарци-ны, стрептококки, стафилококки), палочки (одиночные, двойные, цепочки), вибрионы, спириллы и спирохеты (изогнутые и спирально извитые формы). Размеры и форма бактерий могут изменяться в зависимости от различных факторов внешней среды (рис. 3).

Рис. 3. Формы бактерий:

1 - микрококки; 2 - стрептококки; 3 - сарцины; 4 - палочки без спор;

5 - палочки со спорами (бациллы); 6 - вибрионы; 7 - спирохеты;

8 - спириллы.

Бактерии покрыты оболочкой, представляющей собой уплотненный слой цитоплазмы, которая придает клетке форму. Наружный слой оболочки у многих бактерий может ослизняться, образуя защитный покров - капсулу. Основной частью клетки является цитоплазма - прозрачная белковая масса, пропитанная клеточным соком. В цитоплазме находятся ядерное вещество, запасные питательные ве­щества (зерна крахмала, капельки жира, гликоген, белок) и другие клеточные структуры. На поверхности некоторых бактерий (палочковидных) имеются нитевидные образования - жгутики (одиночные, в виде пучка или по всей поверхности), с помощью которых они передвигаются.

Некоторые палочковидные бактерии при неблагоприятных условиях образуют споры (сгущенная цитоплазма, покрытая плотной оболочкой). Споры не нуждаются в питании, не способны размножаться, но сохраняют свою жизнеспособность при высоких температурах, высушивании, замораживании в течение нескольких месяцев (палочка ботулинуса) или даже многих лет (палочка сибирской язвы). Споры погибают при стерилизации (нагревании до 120°С в течение

29 мин). В благоприятных условиях они прорастают в обычную (вегетативную) бактериальную клетку. Спорообразующие бактерии называются бациллами.

Размножаются бактерии путем простого деления. При благоприятных условиях размножение одной клетки протекает в течение 20 -

30 мин. С накоплением вредных продуктов жизнедеятельности бактерий и исчерпанием питательных ресурсов процесс размножения прекращается.

Плесневые грибы- одноклеточные или многоклеточные низшие растительные организмы, в своей жизнедеятельности нуждающиеся в готовых пищевых веществах и в доступе воздуха. Клетки плесневых грибов имеют форму вытянутых переплетающихся нитей - гифов толщиной 1-15 мкм, образующих тело плесени - мицелий (грибницу), состоящий из одной или многих клеток. На поверхности мицелия развиваются плодовые тела, в которых созре­вают споры (рис. 4).

По строению клетки плесневых грибов отличаются от бактериальных клеток тем, что имеют одно или несколько ядер и вакуолей (полостей, заполненных клеточной жидкостью). Размножаются плесневые грибы с помощью гиф и спорами.

Плесневые грибы широко распространены в природе. Развиваясь на пищевых продуктах, они образуют пушистые налеты разного цвета. Плесневые грибы выделяют вещества, придающие пищевым продуктам плесневелый запах и вкус. Они могут развиваться при низкой влажности (15 %), что объясняет плесневение сухофруктов, сухарей,

Рис. 4. Виды плесневых грибов:

1 - пенициллиум; 2 - аспергиллус; 3 - мукор..

при повышенной концентрации соли и кислот (на соленых и кислых продуктах), при низкой температуре, поражая продукты, хранящиеся в холодильниках.

Среди плесневых грибов есть полезные, используемые при производстве сыров («Рокфор», «Камамбер»), лимонной кислоты и ле­карственных препаратов (пенициллин).

Дрожжи - одноклеточные неподвижные микроорганизмы. Клетки дрожжей размером до 15 мкм бывают разной формы: круглые, овальные, палочковидные (рис. 5). Они имеют четко выраженное крупное ядро, вакуоли и различные включения в цитоплазме в виде капелек жира, гликогена и т. д.

Дрожжи размножаются в благоприятных условиях в течение нескольких часов следующими способами: почкованием, спорами (1 - 112 шт. в клетке), делением. Дрожжи широко распространены в природе. Они способны расщеплять (сбраживать) сахара в спирт и углекислый газ. Спиртовое брожение используется в виноделии, хлебопечении и в производстве кисломолочных продуктов (кефира, ку­мыса). Некоторые дрожжи отличаются высоким содержанием белков, жиров, витаминов группы В, минеральных веществ, поэтому при­меняются как пищевой и кормовой продукт.

5. Формы клеток дрожжей:

1 - яйцевидные; 2 - эллипсовидные; 3 - цилиндрические (палочковидные);

4 - шаровидные; 5 - лимонообразные; 6 - дрожжи, размножающиеся делением и спорами.

Вирусы - частицы, не имеющие клеточного строения, обладающие своеобразным обменом веществ, способностью к размножению. Они бывают круглой, прямоугольной и нитевидной формы, размером от 8 до 150 нм. Их можно увидеть только с помощью электронных микроскопов.

Морфология микроорганизмов изучает форму и строение их клеток, способы передвижения и размножения. Микроорганизмы различаются по внешнему виду и по размерам. Строение клеток микроорганизмов также различно, в связи с чем они относятся к различным систематическим группам.

Все живые организмы на Земле, имеющие клеточное строение, делят на два надцарства: прокариоты и эукариоты. Это деление живых организмов основано главным образом на особенностях строения ядерного аппарата. В клетках прокариот ядро отсутствует. Ядерный аппарат их представлен молекулой ДНК, расположенной в ядерной зоне непосредственно в цитоплазме. Клетки эукариот имеют ядро, отделенное от цитоплазмы двойной ядерной мембраной.

БАКТЕРИИ

Известно около 4000 видов бактерий. Их разнообразие особенно выражено в отношении физиолого-биохимических свойств. В определенной степени оно проявляется и в морфологии.

Величина клеток различных бактерий сильно варьирует. Размеры многих бактериальных форм находятся в пределах 0,5-10 мкм. Однако величина ряда бактерий не укладывается в эти границы. Среди них есть немало относительно крупных форм, есть и крайне мелкие формы. Значительной длины достигают, например, нитчатые бактерии рода Beggiatoa - до 60 мкм и более и Saprospira - до 500 мкм. Это одни из наиболее крупных бактерий. Гигантские формы встречаются среди спирохет: длина некоторых достигает 500 мкм. Мельчайшие из известных организмов клеточного строения - микоплазмы. Размеры отдельных форм микоплазм не превышают 0,1-0,2 мкм, что лежит на границе или даже за пределами разрешающей способности светового микроскопа. У одного и того же вида бактерий размеры клеток могут в большей или меньшей степени варьировать в зависимости от возраста культур и (или) от условий культивирования. У многих бактерий особенно заметно меняется длина клетки. Диаметр клеток является более устойчивым признаком.

Основная масса бактерий - одноклеточные организмы. Но нередко клетки после деления не расходятся и образуют сочетания различной формы, которая определяется расположением делящей перегородки. Эти сочетания не равноценны многоклеточным организмам, так как каждая клетка в них автономна и может существовать самостоятельно после отделения от остальных клеток.

Бактерии, за исключением микоплазм, имеют определенную форму клетки. У большинства бактерий она поддерживается благодаря прочной (ригидной) клеточной стенке. Клеточная стенка спирохет эластична, и их извитая форма поддерживается с помощью аксиальных фибрилл, расположенных под клеточной стенкой. Форма клетки многих бактерий отличается постоянством и сохраняется в течение всей жизни. Но есть бактерии, у которых наблюдается более или менее выраженный плеоморфизм. Нередко он отражает стадии цикла развития микроорганизма. В этом случае обнаруживается упорядоченное, регулярное чередование определенных форм. Изменения морфологии могут происходить и под влиянием условий культивирования. Полиморфность микоплазм связана с отсутствием у них клеточной стенки.

Морфологические типы бактерий по сравнению с высшими организмами немногочисленны. Клетки значительной части бактерий имеют сферическую, цилиндрическую или спиралевидную форму. Существует обширная группа ветвящихея бактерий, сравнительно небольшое количество нитчатых форм и бактерий, образующих выросты (простеки).

Сферические бактерии - кокки. Под микроскопом они имеют форму шара. Многим коккам свойственно образование различных сочетаний (рис. 2). Кокки, делящиеся в одной плоскости и одном направлении, могут образовывать пары (диплококки) или цепочки (стрептококки) клеток. Когда деление происходит равномерно в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, возникают группы

Рисунок 2. Сочетания кокков: 1 - диплококки; 2 - стрептококки; 3 - тетракокки и сарцины; 4 - стафилококки и микрококки

из четырех клеток - тетракокки, а если в трёх, то образуют пакеты правильной формы - сарцины. При неравномерном делении в нескольких плоскостях наблюдаются скопления неправильной формы, напоминающие гроздь винограда. Они свойственны представителям стафилококков и микрококков. Микрококками часто называют и одиночные шаровидные клетки.

Под влиянием различных факторов среды некоторые кокки могут превращаться в овальные, конические и эллипсоидные клетки.

Цилиндрические (палочковидные) бактерии под микроскопом имеют вид палочек. Это одна из наиболее многочисленных групп бактерий. Разные виды могут заметно отличаться друг от друга размерами клеток. Одной из самых крупных палочковидных бактерий является Васilllus megaterium. Ее длина 5-10 мкм, поперечник около 1 мкм. К наиболее коротким относятся риккетсии, размеры которых могут быть всего 0,3 Х 1,0 мкм. В тех случаях, когда длина лишь ненамного превышает диаметр клетки, палочки трудно отличить от кокков. Концы палочек бывают прямыми, округлыми или заострёнными (рис. 3).

Рисунок 3. Палочковидные бактерии: 1 - Pseudomonas aeruginosa ; 2 - Bacillus mycoides ; 3 - Васillus megaterium ; 4 - Cytophaga

Палочковидные бактерии нередко образуют пары или цепочки клеток. Парные сочетания клеток наблюдаются, например, у определенных видов рода Pseudomonas , длинные цепочки можно увидеть в культуре Bacillus mucoides . Для ряда палочковидных бактерий характерен выраженный плеоморфизм.

Изменение формы, связанное с развитием бактерий, наблюдается у видов Azotobacter и Rhizobium ; у миксобактерий и риккетсий. Так уже в молодой культуре азотобактера можно видеть клетки не только палочковидной, но и овальной или кокковидной формы. Они часто соединяются попарно или образуют скопления, а иногда цепочки из 4 и более клеток. В старых культурах преобладают крупные округлые, неправильной формы покоящиеся клетки-цисты.Риккетсии, помимо коротких палочек длиной 1-1,5 мкм могут быть представлены кокками диаметром менее 0,5 мкм, длинными палочками - 3-4 мкм, или причудливо изогнутыми нитями, длина которых достигает 40 и более микрометров. Есть бактерии, у которых изменение формы клетки связано со спорообразованием.

В неблагоприятных условиях в культурах многих палочковидных бактерий возникают различные дегенеративные формы с признаками лизиса, гранулированием содержимого, большими вакуолями и др. Это можно наблюдать, например, в культуре Bacillus megaterium (рис. 3).

Рисунок 4 Извитые формы: 1 - вибрионы; 2 - спириллы; 3 - спирохеты

Бактерии, образующие выросты (простеки). Основную часть этой группы составляют бактерии, у которых простеки - это выпячивания клеточного содержимого, окруженного клеточной стенкой цитоплазматической мембраной и не отделенного от клетки перегородкой. У одних бактерий, например у видов рода Hyphomicrobium, образование выростов связано с размножением. Клетки представителей этого рода чаще имеют вид палочек с заостренными концами, но бывают также овальной, яйцеобразной или бобовидной формы. Нитевидные выросты образуются на одном или обоих полюсах клетки. Bыросты могут ветвиться, давая гифоподобные структуры. На конце каждой ветви формируется почка, являющаяся дочернеи клеткой. Иногда созревшие почки не отделяются от материнской клетки и тоже образуют выросты и почки. Тогда возникает скопление гиф и клеток (рис. 5).

Рисунок 5 Бактерии, образующие выросты: 1 - Caulobacter ; 2 - Hyphomicrobium ; 3 - Ancalomicrobium ; 4 - Gallionella

У других бактерий простеки не имеют отношения к размножению. К таким бактериям принадлежат, например, виды рода Caulobacter и Ancalomicrobium . Клетки Caulobacter - это слегка изогнутые палочки с одним полярным жгутиком. Сравнительно короткий вырост - стебелек возникает на одном полюсе клетки. На конце стебелька имеется небольшое утолщение из липкого материала - фиксатор. С его помощью клетки прикрепляются к какому-либо субстрату, а иногда друг к другу. В последнем случае образуются характерные скопления. У видов Аnсаlomicrobium на клетке неправильной формы возникает несколько простеков - от 2 до 8. Клетка приобретает причудливый звездообразный вид.

Иногда к стебельковым относят бактерии, образующие слизистые придатки, не связанные с цитоплазмой клетки. Это, например, виды Gallionella, бобовидные клетки которой выделяют с вогнутой стороны слизь в виде тонкой нити. Под микроскопом такая нить выглядит как спирально изогнутая лента.

Рисунок 6. Нитчатые бактерии: 1 - Beggiatoa ; 2 - Thiothrix ; 3 - Saprospira ; 4 - Simonsiella ; 5 - Caryophanon ; 6 - цианобактерии класса Hormogoneae ; 7 - Leptothrix ; 8 - Sphaerotilus ; 9 - Crenothrix

Это сравнительно небольшая группа многоклеточных организмов. Они представляют собой цепочки (трихомы) из цилиндрических, овальных или дисковидных клеток. Типичными представителями нитчатых форм являются бактерии родов Beggiatoa и Thiothrix (рис.6). Их нити имеют равную толщину на всем протяжении. Трихомы видов Thiothrix собраны в пучки и прикрепляются основанием к субстрату. Нити Leucothrix , подобно Thiothrix , большей частью также растут пучком, прикрепляясь к твердой поверхности, но, в отличие от Thiothrix , они сужаются к концу.

Трихомы видов Saprospira скручены в виде спирали, а у видов Simоnsiella они уплощены и похожи на ленты. У видов Caryophanoп поперечные клеточные стенки большинства составляющих нити клеток не сплошные, так как их формирование отстает от роста трихома. Нитчатые бактерии относятся к крупным микроорганизмам. Так, длина нитей некоторых представителей рода Caryophanon достигает 40 мкм, а толщина 4 мкм. Нити зеленых бактерий группы Chloroflexus могут иметь длину 300 мкм. Особенно длинные трихомы образуют, как уже отмечалось, виды Beggiatoa и Saprospira (до 500 мкм).

Ветвящиеся бактерии. К этой многочисленной группе относятся истинные актиномицеты, нокардии, микобактерии, коринеподобные бактерии и ряд других организмов. Истинные актиномицеты имеют сильноразветвленный мицелий, сохраняющийся в течение всей жизни, что делает их внешне сходными с мицелиальными грибами (рис. 7). Однако общая длина нитей актиномицетов обычно не превышает нескольких миллиметров, а толщина составляет всего 0,5-1,5 мкм, тогда как длина грибного мицелия достигает нескольких сантиметров, а диаметр может быть около 50 мкм. У представителей рода Streptomyces в мицелии образуются перегородки, но их мало, поэтому составляющие его клетки в основном многоядерные. Мицелий большинства актиномицетов лишен перегородок, и этим он напоминает многоядерный несептированный мицелий фикомицетов.

Рисунок 7. Мицелий актиномицета (1) и гриба (2) при одинаковом увеличении

У нокардий и микобактерий мицелиальный тип развития имеет временный и часто ограниченный характер. Виды рода Nocardia образуют обильный, недифференцированный мицелий на начальных стадиях развития. В дальнейшем он распадается на палочковидные или сферические фрагменты.

Микоплазмы . Это довольно большая группа бактерий, у которых нет клеточной стенки. Поэтому они очень полиморфны. В культуре одного вида можно одновременно обнаружить мелкие зерновидные образования, кокковидные, эллипсовидные, грушеобразные, дисковидные, палочковидные и даже разветвленные и неразветвленные нитевидные формы (рис. 8).Размеры крупныхклеток микоплазмдостигают 10 мкм, а величина мелких структур не превышает 0,1 мкм.

Рисунок 8.

Большинство бактерий размножаются путем бинарного поперечного изоморфного деления. Такой способ размножения свойствен коккам, многим палочковидным формам и вибрионам, спириллам, спирохетам, некоторым нитчатым бактериям. Клетки основной массы бактерий делятся в одной плоскости. У многих кокков деление происходит в нескольких плоскостях. Расходящиеся после деления клетки большинства бактерий располагаются одна за другой или беспорядочно, а у видов Arthrobacter и Corynebacteriuт под углом друг к другу. Если после деления клетки не расходятся, то наблюдается образование различных скоплений клеток - пар, цепочек, пакетов и другие. В ряде случаев имеет место неравномерное деление. Фрагментацией мицелия или его рудиментов на палочки и кокки размножаются, например, виды Nocardia и Mycobacteriuт . Размножение распадом нитей на участки наблюдается у Beggiatoa и Saprospira . Две неодинаковые клетки - одна подвижная со жгутом, но без простеки, а другая неподвижная без жгутика, но со стебельком - образуются при делении клеток Caulobacter (рис. 9). К делению способны только неподвижные клетки с простекой.

Некоторые бактерии (виды Hyphoтicrobiuт и Rhodopseudoтona s, Ancaloтicrobiuт и др.) размножаются почкованием. У Rhodopseudoтoпas и Aпcaloтicгobiuт почки формируются прямо на поверхности клеток, а у Hyphoтicrobiuт - на концах гиф.

Рисунок 9. Схема роста и деления клеток Caulobacter

Рисунок 10. Гонидии (1) и гормогонии (2) нитчатых бактерий

У бактерий известны и более сложные способы размножения. Нитчатые цианобактерии класса Chaтaesiphoneae и бактерии родов Thiothrix, Caryophanon , Sphaerotilus , Leptothrix , Leucothrix размножаются с помощью специальных репродуктивных одиночных подвижных клеток - гонидий (рис. 10), которые образуются в результате многократного деления концевых клеток нити. Подвижность гонидий связана с наличием у них жгутиков. Для нитчатых цианобактерий класса Horтogoпeae характерно размножение гормогониями. Это короткие цепочки, возникающие, как и гонидии, при делении клеток нити. Они не имеют жгутиков и перемещаются скольжением благодаря выделению слизи. Размножение гормогониями наблюдается также у видов Leucothrix.

Актиномицеты размножаются главным образом подвижными или неподвижными спорами (конидиями). Конидии располагаются поодиночке или цепочками, непосредственно на мицелии, на концах спороносящих гиф - спорангиеносцах (спорангиофорах) или в специальных органах спороношения - спорангиях. Спорангиеносцы (и соответственно цепочки спор) разных видов различаются между собой. Они могут быть длинными или короткими, прямыми, волнистыми или спиралевидными; иметь последовательное, супротивное или мутовчатое расположение (рис. 11). Спорангии бывают сферической или неправильной формы (рис. 12), в них формируются эндогенные споры.

Существует немало бактерий, которые могут размножаться несколькими способами. Например, представители рода Rhizobiuт размножаются делением и почкованием, актиномицеты - спорами и кусочками вегетативного мицелия. Нитчатые цианобактерии размножаются гонидиями или гормогониями, а также путем распада трихома на отдельные участки, бактерии рода Chloroflexus - бинарным делением и участками нити. Caryophanon и Sphaerotilus - с помощью гонидий и поперечным изоморфным делением трихома, Leucothrix гонидиями и гормогониями. У микоплазм можно наблюдать бинарное деление, фрагментацию нитей и крупных клеток до кокков, а также процесс, напоминающий почкование.

Рисунок 11 Форма воздушных спороносцев у актиномицетов

Рисунок 12. Спорангии актиномицетов: 1 - Actinoplanes; 2 - Amorphosporangium; 3 - Spirillospora

Многие бактерии неподвижны. Неподвижными являются почти все кокки, более 50% палочковидных бактерий, почкующиеся и ветвящиеся бактерии, значительная часть нитчатых форм, риккетсии, микоплазмы. Способностью к движению обладает примерно 1/5 часть бактерий. Подвижность большинства из них обусловлена наличием специальных локомоторных структур - жгутиков. Жгутики обнаруживаютсяу некоторых кокков (отдельные представители рода Methylococcus ), ряда палочковидных бактерий (виды Bacillus , Clostridiuт , Pseudoтoпas , Rhizobium , Azotobacter , Escherichia и др.), у вибрионов и спирилл, у нитчатых бактерий рода Caryophanon . У бактерий некоторых групп специальные репродуктивные клетки со жгутиками появляются только в определенной стадии развития. Это подвижные клетки каулобактерий, гонидии большинства нитчатых организмов, споры (конидии) некоторых актиномицетов (виды Actinoplaпes и Geoderтatopftilus ).

Рисунок 13. Типы жгутикования у бактерий: 1 - монотрихиальное; 2 - лофотрихиальное; 3 - латеральное; 4 - амфитрихиальное; 5 - перитрихиальное; 6 - «смешанное» полярно - перитрихиальное

Жгутики берут начало под цитоплазматической мембраной и через поры мембраны и клеточной стенки выходят наружу. У разных бактерий длина жгутиков колеблется от 3 до 20 мкм, толщина - от 10 до 20 им, а их число - от 1 до 100. Жгутики могут быть расположены монополярно, биполярно, вдоль боковой или по всей поверхности клетки (рис. 13). Клетки некоторых бактерий имеют одновременно два разных набора жгутиков: полярные и перитрихиальные, различающиеся по длине и толщине.

Наличие, число, размеры и расположение жгутиков имеют диагностическое значение. Например, виды рода Vibrio снабжены одним полярным жгутиком, у Selenoтonas один жгутик прикрепляется сбоку. Для представителей рода Pseudoтonas характерно монотрихиалыюе или лофотрихиальное монополярное жгутикование, а для спирилл лофотрихиальное моно- и биполярное. Перитрихиальное расположение жгутиков свойственно видам Clostridium, Escherichia, Rhizobium, Саryophanon и др. Нередко в пределах одного рода бактерий обнаруживаются подвижные и неподвижные виды, а у подвижных форм может быть разный тип жгутикования. Так, у подвижных представителей рода Bacillus жгутики расположены латерально или перитрихиально.

Активное движение большинства бактерий, обладающих жгутиками, возможно только в жидкой среде. Однако некоторые бактерии - перитрихи могут передвигаться и по твердому субстрату. К ним относится, например, Proteus vulgaris , который довольно быстро распространяется по поверхности. влажной агаризованной среды, образуя обширный тонкий налет. Движение жгутиконосных бактерий наблюдается преимущественно в молодых культурах. С возрастом клетки постепенно теряют жгутики и становятся неподвижными, хотя и сохраняют жизнеспособность.

К подвижным формам относятся спирохеты, миксобактерии, многие нитчатые цианобактерии и флексибактерии, не имеющие жгутиков.

Они способны передвигаться по твердому или полутвердому субстрату

путем скольжения. Спирохеты могут перемещаться и в жидкой среде

вращательными, легкими волнообразными движениями. Скользящее

движение обусловлено, возможно, неравномерным выделением слизи

через поры клеточной стенки. Подвижность спирохет и некоторых миксобактерий (виды Myxococcus ) связывают также с сокращением аксиальных микрофибрилл, расположенных под клеточной стенкой (у спирохет) или под цитоплазматической мембраной (у миксобактерий).

К покоящимся формам бактерий относятся эндоспоры, цисты, акинеты. Они позволяют клетке более или менее длительное время переносить неблагоприятные условия. В условиях, подходящих для роста, покоящиеся формы развиваются в обычную вегетативную клетку.

Эндоспоры. Способностью образовывать эндоспоры обладают палочковидные бактерии, относящиеся к родам Bacillus, Clostridiuт и

Desulfotoтaculuт, а также некоторые кокки (род Sporosarcina) и термофильные актиномицеты рода Therтoactinoтyces. Спорообразование представляет собой сложный процесс дифференцировки, начинающийся в культуре, когда она переходит в стационарную фазу роста и когда создаются условия, индуцирующие его. Эти условия весьма разнообразны: дефицит питательных веществ в среде, накопление продуктов метаболизма, изменение кислотности среды, температуры и др. В результате внутри вегетативной клетки образуется новая клетка - эндоспора, полностью отличающаяся от материнской по структуре, химическому составу и физиологическим свойствам. Эндоспоры одеты толстыми многослойными труднопроницаемыми покровами и имеют очень низкое содержание воды, поэтому при микроскопическом исследовании их легко узнать по высокой светопреломляющей способности.

Форма клеток многих бактерий в процессе спорообразования не меняется. Эндоспора локализуется в центре клетки, эксцентрально или (и) терминально, что зависит от вида бактерий. Это так называемый бациллярный тип спорообразования (рис. 14, 1 ). У ряда бактерий середина клетки при формировании споры несколько расширяется, и клетка приобретает вид челнока или веретена. Спора располагается в утолщенной части - в центре клетки или эксцентрально (рис. 14, 2 ). Это - клостридиальный тип спорообразования. У некоторых бактерий клетка при спорообразовании сильно расширяется и округляется на одном конце, становясь похожей на барабанную палочку. Спора локализуется в расширенном конце (рис. 14, 3 ). Такой тип спорообразования называется плектридиальным. Бациллярный тип спорообразования свойствен многим представителям рода Bacillus, клостридиальный и плектридиальный - в основном видам рода Clostridiuт. Нередко в культуре одного вида этого рода встречаются одновременно и клостридиальные и плектридиальные формы.

Рисунок 14. Типы образования эндоспор у бактерий: 1 - бациллярный; 2 - клостридиальный; 3 - плектридиальный

Эндоспоры бывают округлой, овальной или эллипсовидной формы. Их оболочка может быть гладкой или с выростами. Диаметр эндоспор ряда бактерий значительно превышает поперечник клетки. Тип спорообразования, а также форма, размеры и расположение эндоспоры в вегетативной клетке используются для диагностики бактерий.

В каждой вегетативной клетке формируется, как правило, только одна эндоспора. После созревания эндоспоры освобождаются вследствие лизиса материнских клеток и переходят в стадию покоя. Эндоспоры чрезвычайно устойчивы к различным неблагоприятным факторам и могут сохранять жизнеспособность в течение многих лет, пока не попадут в условия, способствующие их прорастанию.

Спорообразование - не обязательная стадия развития бактерий. Можно создать такие условия, в которых клетки не будут переходить к формированию спор.

Цисты обнаруживаются у миксобактерий, риккетсий, представителей родов Azotobacter , Bdellovibrio , Arthrobacter . Их образование происходит обычно на поздних стадиях развития бактерий и связано с неблагоприятными условиями культивирования - исчерпанием питательного субстрата, загрязнением среды вредными продуктами обмена, высушиванием и т. д. Цисты можно увидеть только в старых культурах.

Цисты бывают сферическими, овальными, неправильно округлыми или в виде сильно укороченных палочек. Чаще всего они крупнее вегетативных клеток. Иногда же по форме и размерам цисты почти не отличаются от них. У большинства бактерий цисты имеют утолщенную клеточную стенку и уплотненную цитоплазму, поэтому они сильнее преломляют свет, чем вегетативные клетки. Цисты устойчивее вегетативных клеток к неблагоприятным факторам, но уступают в этом эндоспорам.

Акинеты свойственны определенным видам нитчатых цианобактерий. Это крупные толстостенные клетки (рис. 15), возникающие либо из одной вегетативной клетки, либо путем слияния многих клеток. У некоторых цианобактерий акинеты обнаруживаются всегда и являются, вероятно, обязательной стадией развития, у других они образуются только в неблагоприятных условиях.

Рисунок 15. Акинеты (а) и гетероцисты (Г) нитчатой цианобактерии Cylindrospermum

Клетки всех бактерий, за исключением микоплазм, покрыты снаружи клеточной стенкой, толщина которой у разных видов колеблется в пределах 0,01-0,04 мкм. В соответствии с различиями в химическом составе клеточных стенок и их ультраструктуре, выражающимися в неодинаковой способности клеточных стенок удерживать красители трифенилметанового ряда с йодом, прокариотные микроорганизмы делятся на две группы. К одной относятся бактерии, в клетках которых комплекс, образуемый кристаллическим или генциановым фиолетовым и йодом, не обесцвечивается при последующей обработке спиртом. К другой группе принадлежат бактерии, не обладающие свойством удерживать краситель и обесцвечивающиеся при обработке спиртом. Этот способ дифференциальной окраски бактерий был предложен в 1884 году датским физиком Христианом Грамом. Бактерии, которые способны окрашиваться по Граму, называются грамположительными, а не способные окрашиватьсся - грамотрицательными. К первой группе относится большинство кокковых форм, спорообразующие палочковидные бактерии родов Bacillus и Clostridium , нитчатые бактерии Сагуорhanon , ветвящиеся бактерии. Ко второй приyадлежат различные палочковидные бактерии, не образующие эндоспор (роды Pseudoтonas , Escherichia и др.), простекобактерии, миксобактерии, риккетсии, многие нитчатые формы, спириллы, спирохеты, некоторые кокки и др. Химический состав и строение клеточных стенок грамотрицательных микроорганизмов значительно сложнее, чем грамположительных.

С особенностями химического состава клеточных стенок связывают и кислотоустойчивость микобактерий. Она выражается в способности клеток, фиксированных и окрашенных при подогревании карболовым фуксином, прочно удерживать окраску после обработки раствором минеральной кислоты или подкисленным спиртом.

Определенными способами, например, под действием лизоцима, бактериальные клетки могут быть лишены клеточных стенок. В таком виде они способны существовать только в изотонической питательной среде.

Клеточная стенка многих бактерий снаружи может быть окружена слизистым слоем - капсулой. Капсулы бывают полисахаридной, иногда гликопротеидной или полипептидной природы. Капсулы толщиной менее 0,2 мкм, неразличимые в световом микроскопе, называют микрокапсулами. Капсула и клеточная стенка являются поверхностными структурами бактериальной клетки, к которым относят также жгутики и обнаруживаемые у многих подвижных и неподвижных бактерий ворсинки (фимбрии, пили). Ворсинки короче и тоньше большинства жгутиков - их длина 3-4 мкм, диаметр 4-35 нм. Число ворсинок у разных бактерий бывает от нескольких единиц до многих тысяч. К подвижности бактерий они, по-видимому, не имеют отношения. Капсулы и ворсинки не являются необходимыми клеточными структурами. Бактерии нормально функционируют и без них.

Обязательной структурой любой клетки является цитоплазматическая мембрана, которая отделяет цитоплазму от клеточной стенки. Толщина мембраны. 5-10 нм. При нарушении ее целостности клетки утрачивают жизнеспособность. Цитоплазма ряда бактерий пронизана мембранными структурами, которые являются производными цитоплазматической мембраны. У гетеротрофных бактерий их называют мезосомами. Они имеют вид пластинок (ламелл), пузырьков (везикул) или трубочек. Мезосомы могут быть расположены в зоне клеточного деления, вблизи нуклеотида и на периферии клетки, недалеко от цитоплазматической мембраны. У грамположительных бактерий мезосомальные структуры развиты в большей степени, чем у грамотрицательных. У фототрофных бактерий мембранные образования в виде пузырьков называют хроматофорами, а уплощенной формы - тилакоидами. Есть бактерии, у которых мембранная система не обнаруживается.

Определенную область в цитоплазме бактериальной клетки занимает нуклеоид. Он состоит из одной двойной спирально закрученной нити ДНК, замкнутой в кольцо. Ядерный аппарат прокариот не имеет ядрышка и не отделен от цитоплазмы мембраной. Через мезосомы нуклеоид связан с цитоплазматической мембраной. В период интенсивного деления в клетках ряда бактерий (Escherichia соli , Oscillatoria атоеnа ) можно обнаружить несколько нуклеоидов.

В цитоплазме бактерий в свободном виде или в связи с мембранными структурами находятся рибосомы. Они имеют константу седиментации 70S, их размеры колеблются в пределах от 15 до 30 нм. Число рибосом может быть от 5 до 50 тыс., что зависит от возраста клетки и условий культивирования. Рибосом больше в молодых клетках.

В клетках различных бактерий часто обнаруживаются включения

запасных веществ. Это полисахариды, липиды, полифосфаты, сера. Они накапливаются при избытке тех или иных питательных веществ в окружающей среде, а расходуются при голодании. Из резервных полисахаридов особенно распространены глюканы: гликоген, крахмал и крахмалоподобное вещество - гранулёза. Они выявляются в клетках спорообразующих бактерий родов Bacillus и Сlоstгidium , а также у пурпурных бактерий и др. Полисахариды откладываются в цитоплазме равномерно или в виде гранул. Запасные липиды 6актерий представлены полиэфиром - оксимасляной кислоты и восками. Полиоксибутират накапливается на средах с избытком углерода у многих

бактерий: видов Bacillus , Pseudoтanas, Spirilluт , Azotobacter , Sphaerotilus и др. Он обнаружен только у прокариот. Воска - эфиры высокомолекулярных жирных кислот и спиртов характерны для микобактерий. Полисахариды и липиды служат хорошим источником углерода и энергии для клетки.

В условиях, препятствующих синтезу нуклеиновых кислот, у многих бактерий создается резерв фосфора в виде гранул полифосфатов. Впервые они были описаны у Spirillит volutans , поэтому их назвали волютином. Эти образования называют также метахроматиновыми зернами, так как они проявляют метахроматический эффект: приобретают красную окраску при обработке синим красителем.

Отдельные виды спорообразующих бактерий (Bacillus thuringiensis , Bacillus cereus , Bacillus popilliae и др.) в определенных условиях образуют в клетках кристаллы белковой природы, которые имеют правильную бипирамидальную форму и расположены непосредственно около споры. Их называют параспоральными тельцами.

Некоторые бактериальные структуры и включения, сильно преломляющие свет (эндоспоры, аэросомы, отложения полиоксибутирата и серы), хорошо заметны в световом микроскопе без специальной обработки. Часть структур (жгутики, клеточная стенка, нуклеоид, волютин и др.) можно выявить с помощью светооптического микроскопа только после окрашивания соответствующими красителями. Ряд структурных элементов бактерий - микрокапсулы, ворсинки, мезосомы, рибосомы и др. различимы только в электронном микроскопе (рис.16).

Рисунок 16. Схема строения бактериальной клетки: 1 - рибосомы, 2 - начавшееся образование поперечной перегородки, 3 и 4 - запасные отложения, 5 - ядерный район, 6 - капсула, 7 - стенки клетки, 8 - протоплазматическая мембрана, 9 - зерно, от которого начинается жгутик

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).