8.Капсула — слизистый слой, расположенный над клеточной стенкой бактерии. Вещество капсулы четко отграничено от окружающей среды. В зависимости от толщины слоя и прочности соединения с бактериальной клеткой различают макрокапсулу, толщиной более 0,2 мкм, хорошо различимую в световом микроскопе, и микрокапсулу, толщиной менее 0,2 мкм, обнаруживамую лишь при помощи электронного микроскопа или выявляемую химическими и иммунологическими методами.
Капсула — полифункциональный органоид, выполняющий важную биологическую роль. Она является местом локализации капсульных антигенов, определяющих вирулентность, антигенную специфичность и иммуногенностъ бактерий. Утрата капсулы у патогенных бактерий резко снижает их вирулентность, например, у бескапсульных штаммов бациллы антракса. Капсулы обеспечивают выживание бактерий, защищая их от механических повреждений, высыхания, заражения фагами, токсических веществ, а у патогенных форм — от действия защитных сия макроорганизма: инкапсулированные клетки плохо фагоцитируются. .У некоторых видов бактерий, в том числе и патогенных, капсула способствует прикреплению клеток к субстрату.
Жгутики — органоиды движения бактерий, представленные тонкими, длинными, нитевидными структурами белковой природы. Их длина превышает бактериальную клетку в несколько раз и составляет 10—20 мкм, а у некоторых спирилл достигает 80—90 мкм. Нить жгутика (фибрилла)—полный спиральный цилиндр диаметром 12—20 нм. У вибрионов и протея нить окружена футляром толщиной 35 нм.
а — монотрихи; б — амфитрихи; в — лофотрнхи; г — перитрихи
Жгутик состоит из трех частей: спиральной нити, крюка и базального тельца. Крюк — изогнутый белковый цилиндр, выполняющий функцию гибкого связывающего звена между базальным тельцем и жесткой нитью жгутика. Базальног тельце — сложная структура, состоящая из центрального стержня (оси) и колец.
Пили (фимбрии, ворсинки) — прямые, тонкие, полые белковые цилиндры толщиной 3—25 нм и длиной-до 12 мкм, отходящие от поверхности бактериальной клетки. Образованы специфическим белком — пилином, берут начало от цитоплаз-матической мембраны, встречаются у подвижных и неподвижных форм бактерий и видимы только в электронном микроскопе (рис. 4). На поверхности клетки может быть от I—2, 50—400 пилей до нескольких тысяч.
Существует два класса пилей: половые (секс-пили) и пили общего типа, которые чаще называют фвмбриями. У одной и той же бактерии могут быть пили разной природы. Половые лили возникают на поверхности бактерий в процессе конъюгации и выполняют функцию оргаяелл, через которые дит передача генетического материала (ДНК) от донора к
реципиенту.
Пили общего типа располагаются ' лереитрихиально (кишечная палочка) или на полюсах (псевдомонады); одна бактерия их может содержать сотни. Они принимают участие в слипании бактерий в агломераты, прикреплении микробов к различным субстрата:м, в гам числе к клеткам (адгезивная функция), в транспорте метаболитов, а также способствуют
образованию пленок на поверхности жидких сред; вызывают
агглютинацию эритроцитов.
12. Ферменты — это биологические катализаторы белковой природы (небелковых ферментов нет). Ферменты, как белки, могут быть простыми и сложными. Уреаза, пепсин, трипсин, амилаза, рибонуклеаза — простые белки, а каталаза, дегидро-геназы, цитохромы, пируватдекарбоксилаза — сложные.
Принято различать экзо- и эндоферменты.
Экзоферменты не связаны со структурой протоплазмы, легко выделяются в субстрат при жизни микробной клетки (гидролитические ферменты), растворимы в питательной среде и проходят через бактериальные фильтры.
Эндоферменты прочно связаны с бактериальной клеткой и действуют только внутриклеточно, осуществляя дальнейшее разложение питательных веществ и превращение их в составные части клетки. К таким ферментам можно отнести, например, дегидрогеназы, оксидазы.
1. О к с и д о р е дукт а з ы — ферменты, катализирующие окислительно-восстановительные реакции.
2. Трансферазы — ферменты, катализирующие перенос отдельных радикалов, частей молекул или целых атомных группировок (не водорода) от одних соединений к другим.
3. Гидролазы — ферменты, катализирующие реакции
гидролиза (расщепления) белков, жиров и углеводов с участием воды.
4. Л и а з ы — ферменты, катализирующие отщепление от субстратов определенных химических групп с образованием двойных связей или присоединение отдельных групп или радикалов по двойным связям.
5. И з о м е р а з ы — ферменты, осуществляющие превращение органических соединений в их изомеры.
6. Л и г а з ы (синтетазы) — ферменты, катализирующие процессы синтеза связей за счет энергии распада АТФ.
|
10. СПОРЫ И СПОРООБРАЗОВАНИЕ
Споры (эндоспоры) бактерий — особый тип покоящихся репродуктивных клеток, характеризующихся резко сниженным уровнем метаболизма и высокой резистентностью.
Бактериальная спора формируется внутри материнской клетки и называется эндоспорой. Способностью к образованию спор обладают преимущественно палочковидные грамположительные бактерии родов Bacillus и Clostridium, из шаровидных бактерий — лишь единичные виды, например, Sporosarcina ureae. Как правило, внутри бактериальной клетки образуется только одна спора.
Основная функция спор—сохранение бактерий в неблагоприятных условиях внешней среды. Переход бактерий к спорообразованию наблюдается при истощении питательного субстрата, недостатке углерода, азота, фосфора, накоплении в среде катионов калия и марганца, изменении рН, повышении содержания кислорода и т. д.
Процесс образования спор проходит ряд последовательных стадий:
подготовительная. Изменяется метаболизм, завершаетется репликация ДНК и происходит ее конденсация. Клетка содержит два или более нуклеоида, один из них локализуется в спорогенной зоне, остальные — в цитоплазме спорангия. Одновременно синтезируется дипиколиновая кислота;
стадия предспоры. Со стороны цитоплазматической мембраны вегетативной клетки происходит врастание двойной мембраны, или септы, отделяющей нуклеоид с участком уплотненной цитоплазмы (спорогенная зона). В результате чего образуется проспора, окруженная двумя мембранами;
образование оболочек. Вначале между мембранами про-споры образуется зачаточный пептидогликановый слой, затем над ним откладывается толстый пептидогликановый слой кор-текса и вокруг его наружной мембраны формируется споровая оболочка;
созревание споры. Заканчивается образование всех структур споры, она становится термоустойчивой, приобретает характерную форму и занимает определенное положение в клетке.
При попадании в благоприятные условия споры прорастают в вегетативные клетки, Этот процесс начинается с погло,-
|
16. Рост и размножение бактерий
Термин «рост» означает увеличение цитоплазматической массы отдельной клетки или группы бактерий в результате синтеза клеточного материала (например, белка, РНК,ДНК). Достигнув определенных размеров, клетка прекращает рост и начинает размножаться.
Под размножением микробов подра;зумевают способность их к самовоспроизведению, увеличению количества особей на единицу объема. Иначе можно сказать: размножение — это повышение числа особей микробной популяции.
Репликация ДНК и деление клеток происходит с определенной скоростью, присущей каждому виду микроба, что зависит от возраста культуры и характера питательной среды.
Типы деления клеток бактерий. 1. Клеточное деление опережает разделение, что приводит к образованию «многоклеточных» палочек и кокков. 2. Синхронное клеточное деление, при котором разделение и деление нуклеоида сопровождаются образованием одноклеточных организмов. 3. Деление нуклеоида опережает клеточное деление, обусловливая образование многонуклеоидных бактерий.
Разделение бактерий, в свою очередь, происходит тремя способами: 1) разламывающее разделение, когда две индивидуальные клетки, неоднократно переламываясь в месте сочленения, разрывают цитоплазматический мостик и отталкив.а-ются друг от друга, при этом образуются цепочки (сибиреязвенные бациллы); 2) скользящее разделение, при котором после деления клетки обособляются и одна из них скользит по поверхности другой (отдельные формы эшерихий); 3) секущее разделение, когда одна из разделившихся клеток свободным концом описывает дугу 'круга, центром которого является точка ее контакта с другой клеткой, образуя римскую пятерку или клинопись (коринебактерии дифтерии, ли-стерии).
|
17. Фазы развития бактериальной популяции. Теоретически допускается, что если бактериям создать условия непрерывного притока и прогрессивного увеличения массы свежей питательной среды и оттока продуктов выделения, то размножение будет возрастать логарифмически, а гибель — арифметически.
1. Исходная (стационарная, латентная, или фаза покоя). Представляет собой время от момента посева бактерий на питательную среду до их роста. В этой фазе число живых бактерий не увеличивается, а может даже уменьшиться. Продолжительность исходной фазы 1—2 ч.
2. Фаза задержки размножения. В течение этой фазы бактериальные клетки интенсивно растут, но слабо размножаются. Эта фаза занимает около 2 ч и зависит от ряда условий:
3. Логарифмическая фаза. В этой фазе скорость размножения клеток и увеличение бактериальной популяции максимальны. Период генерации (лат. generatio — рождение, воспроизведение), то есть время, прошедшее между двумя последовательными делениями бактерий, в этой стадии будет постоянным для данного вида, а количество бактерий станет удваиваться в геометрической прогрессии.
4. Фаза отрицательного ускорения. Скорость размножения бактерий перестает быть максимальной, число делящихся особей уменьшается, а число погибших увеличивается (длительность около 2 ч)
5. Стационарная фаза максимума. В ней число новых бактерий почти равно числу отмерших, то есть наступает равновесие между погибшими клетками и вновь образующимися. Продолжается эта фаза 2 ч.
6. Фаза ускорения гибели. Характеризуется прогрессивным превосходством числа погибших клеток над количеством вновь нарождающихся. Длится она около 3 ч.
7. Фаза логарифмической гибели. Отмирание клеток происходит с постоянной скоростью (длительность около 5 ч).
8. Фаза уменьшения скорости отмирания. Остающиеся в живых клетки переходят в состояние покоя.
|
11. Химический состав микробной клетки
Вода. Основная составная часть бактериальной клетки, приходящаяся нга воду, — 75—85 %, сухое вещество составляет 15—25 %. Часть воды находится в свободном состоянии, а часть — в связанном. Связанная вода является структурным растворителем. Свободная вода служит дисперсионной средой для коллоидов, растворителем для кристаллических веществ, источником водородных и гидроксиль-ных ионов. (Например, гидролитические процессы расщепле-
Ведущая роль принадлежит четырем органогенам — кислороду, водороду, углероду и азоту. В процентном отношении к сухому веществу бактерии содержат: углерода — 45—55, азота — 8—15, кислорода — 30, водорода-—6—8. Соответственно дрожжи содержат: углерода — 49, азота— 12, кислорода—-.31, водорода — 6%. В микроскопических грибах, углерода — 47, азота — 5, кислорода — 40, водорода — 6%. Минеральные вещества. Кроме органогенов в микробных клетках находятся так называемые зольные элементы — минеральные вещества, составляющие от 3 до 10 % сухого вещества микроорганизмов.
Белки — это высокомолекулярные азотсодержащие органические соединения, молекулы которых построены из аминокислотных остатков, соединенных между собой ковалент-ными пептидными связями.
Нуклеиновые кислоты представляют собой высокомолекулярные биологические полимеры, построенные из мононук-леотидов. Особенно характерно для них содержание фосфора (8—10%) и азота (15—16%), они также содержат углерод, кислород и водород.
Углеводы. В бактериях их содержится 12—18% от сухого вещества. Это многоатомные спирты (сорбит, маннит, дуль-цит); полисахариды (гексозы, пентозы, гликоген, декстрин); моносахариды (глюкоза, глюкуроновая кислота и др.). Углеводы выполняют энергетическую роль в микробной клетке.
Липиды и липоиды. Липиды—истинные жиры, липоиды — жироподобные вещества.
|
19. ГЕНЕТИКА МИКРООРГАНИЗМОВ
Генетика — наука о наследственности и изменчивости организмов. Целью генетики является изучение и анализ законов передачи наследственных признаков от поколения к поколению, а также выяснение механизмов, обеспечивающих наследование на всех уровнях организации живых существ (особь, клетка).
Изменение морфологических признаков. Под влиянием физических, химических, биологических агентов у многих микроорганизмов наблюдается изменение формы и величины бактерий.
Культуральные изменения. Одной из форм культуральной изменчивости является феномен диссоциации, то есть разъединение популяции бактерий и возникновение S- и R-форм.
Изменчивость ферментативных (биохимических) свойств.
Бактерии каждого вида имеют определенный набор ферментов, благодаря которым усваивают различные питательные вещества.
В геноме бактерий всегда имеются запасные возможности, то есть гены, определяющие выработку адаптивных ферментов.
Изменчивость биологических свойств. Л. Пастер в 1880 г. впервые показал, что патогенная культура возбудителя холеры кур после длительного выдерживания в условиях термостата теряла патогенные свойства, но обладала иммуногенными свойствами, что им было использовано с целью профилактической вакцинации против холеры кур.
|
18. Основные принципы культивирования бактерий
В лабораторных условиях микроорганизмы выращивают на питательных средах, которые должны быть стерильными, прозрачными, влажными, содержать определенные питательные вещества (белки, углеводы, витамины, микроэлементы и др.), обладать определенной буферностью, иметь соответствующий рН, окислительно-восстановительный потенциал. Питательные среды классифицируют по консистенции-—жидкие, полужидкие, плотные (твердые); происхождению — животного или растительного происхождения и синтетические среды, приготовленные из определенных химически чистых соединений в точно указанных концентрациях; по назначению — общеупотребительные (универсальные), дифференциальные, элективные и среды обогащения, специальные.
Обычные (простые) среды пригодны для культивирования многих видов патогенных и непатогенных бактерий.
Дифференциальные среды позволяют различать бактерии разных видов и родов по их культуральным и биохимическим свойствам.
Элективные (избирательные) среды и среды обогащения, благоприятствующие размножению бактерий определенных видов и подавляющие рост других микробов.
Специальные среды — наиболее оптимальные для выращивания бактерий, не размножающихся на общеупотребительных средах.
|
|
|
| |
Скачать 227.5 Kb.