кекер. Конспект лекций по спецкурсу Важнейшие группы прокариотических микроорганизмов
 Скачать 1.55 Mb.
|
|
Спирохеты Спирохеты – это грамотрицательные спирально завитые одноклеточные бактерии с одним или бóльшим числом полных витков спирали (рис. 99). 79 Могут встречаться в цепочках, объединенных внешней оболочкой. Клеточная стенка спирохет не ригидная, а чрезвычайно гибкая. В сравнении с длиной толщина клетки мала и поэтому спирохеты проходят через мелкопористые фильтры (диаметр пор 0,2–0,45 мкм), задерживающие большинство бактерий. Используя фильтрование, можно получать накопительные культуры спирохет. Рис . 99. Микрофотография бактерий Borrelia burgdorferi (из http://dwb.unl.edu/.../Bact303/MajorGroupsOfProkaryotes) Клетки спирохет состоят из спирально извитого протоплазматического цилиндра, обвитого нитями, которые по отдельности называются аксиальными или осевыми фибриллами, а в совокупности – аксостилем. Протоплазматический цилиндр благодаря пептидогликану имеет постоянную спиралевидную форму, образуя первичные завитки. Их число, тип, шаг, высота, угол наклона варьируют у разных видов и играют важную систематическую роль. Вторичные завитки у спирохет образуются в результате изгиба всего тела. Каждая аксиальная фибрилла одним концом прикреплена к протоплазматическому цилиндру, другой ее конец свободен. Протоплазматический цилиндр и аксостиль снаружи окружены клеточной стенкой. Аксиальные фибриллы тянутся до полюса клетки, противоположного тому, к которому они прикреплены, и перекрывают друг друга. Неприкрепленные концы аксиальных фибрилл могут выходить за пределы клетки, создавая впечатление наружных полярных жгутиков. С помощью фибрилл спирохеты передвигаются. Размножаются спирохеты поперечным делением. Эндоспор не образуют; аэробы, факультативные анаэробы или анаэробы; хемоорганогетеротрофы. Среди спирохет встречаются свободноживущие аэробные водные виды, анаэробные виды, представители нормальной микрофлоры животных и паразитические виды. Их обнаруживают в кишечнике млекопитающих, на поверхности жгутиковых животных, в рубце жвачных животных, в кристаллическом стебельке моллюсков, в кишечнике термитов, переваривающих древесину, тараканов и др. 80 Порядок Spirochaetales включает два семейства: Spirohaetaceae и Leptospiraceae. Семейство Spirohaetaceae содержит семь родов: Spirochaeta, Cristispira, Treponema, Borrelia, Brachyspira, Leptonema, Serpulina. Для человека патогенны только боррелии и трепонемы. Представители рода Spirochaeta – непаразитические, свободноживущие бактерии. Встречаются в иле, содержащем сероводород, в сточных и загрязненных водах. Бактерии рода Cristispira широко распространены у морских и пресноводных видов двустворчатых и других моллюсков, обычно находятся в кристаллическом стебельке или в жидкости пищеварительного тракта. Бактерии рода Treponema встречаются в полости рта, пищеварительном тракте и половых органах человека и животных. Некоторые виды патогенны, в частности Treponema pallidum subsp. pallidum – возбудитель сифилиса, Treponema pallidum subsp. pertenue – возбудитель тропической болезни фрамбезии (тропическая гранулема, невенерический сифилис). К роду Borrelia относятся анаэробные спирохеты, паразиты различных членистоногих, а также возбудители болезней человека и других позвоночных. Например, Borrelia recurrentis – возбудитель возвратного тифа или возвратной лихорадки у человека. Переносчиками этих бактерий являются вши и клещи. В семейство Leptospiraceae включен один род Leptospira. К нему относятся самые мелкие аэробные спирохеты. Некоторые штаммы паразитируют у позвоночных животных и могут быть патогенными для них, другие – свободноживущие. К свободноживущим относится Leptospira biflexa – обитает в пресной воде, растет на обычных питательных средах. Из патогенных Leptospira canicola – возбудитель инфекционной желтухи. Эти бактерии попадают в организм с водой и пищей, проникают в кровь, почки и печень и нарушают функцию этих органов, что приводит к кровоизлияниям и желтухе. Риккетсии и хламидии Риккетсииполучили свое название в честь американского исследователя Х. Риккетса, впервые описавшего возбудителя болезни Ricket-tsia rickettsii, известной как пятнистая лихорадка Скалистых гор, и погибшего при его исследовании. Риккетсии относится к семейству Rickettsia-ceae. По своим размерам риккетсии сравнимы с некоторыми вирусами, но от них отличаются тем, что содержат в клетке как ДНК, так и РНК. В клетке риккетсий имеются рибосомы и ферменты, принимающие участие в метаболизме. Кроме того, она окружена клеточной стенкой, в состав которой входит муреин. Глюкозу 81 риккетсии не используют, способны усваивать некоторые соединения, главным из которых является глутамат, который окисляется через образование дикарбоновых кислот. Способны синтезировать АТФ, их дыхательная цепь во многих отношениях сходна с дыхательной цепью других прокариот. Риккетсии не могут синтезировать НАД и в этом отношении зависимы от хозяина, обеспечивающего их им. Большинство видов риккетсий – палочковидные, кокковидные и часто плеоморфные микроорганизмы с типичными грамотрицательнымибактериальными клеточными стенками. Эндоспор не образуют. Размножаются бинарным делением только внутри живых клеток хозяина. Их можно культивировать в куриных эмбрионах или культурах клеток позвоночных животных. Некоторые представители могут быть выращены на умеренно сложных бактериологических средах, содержащих кровь. Все виды риккетсий – облигатные паразиты. Природными носителями риккетсий являются членистоногие (клещи, блохи, вши), в которых эти микроорганизмы обитают, по-видимому, как безвредные паразиты. Попав в организм других хозяев-животных или человека (при укусе насекомого, расчесывании кожи или с вдыхаемым воздухом), риккетсии могут вызывать тяжелые патологические явления. Заболевания, вызываемые риккетсиями, носят называются риккетсиозами. Важное значение в проявлении патогенных свойств риккетсий имеет способность образовывать токсин, который тесно связан с их клеткой, и в чистом виде его трудно получить. От экзотоксинов он отличается неотделимостью от микробных клеток и чрезвычайной неустойчивостью. В то же время он не похож на эндотоксины, так как термолабилен и инактивируется формалином. Самые известные возбудители риккетсикозов принадлежат к бактериям группы сыпного тифа. В нее входят представители двух основных видов риккетсий: Rickettsia prowazekii (риккетсии Провачека) – возбудитель эпидемического сыпного тифа, и Rickettsia typhi – возбудитель эндемического, или крысиного, тифа. Источником эпидемического сыпного тифа является больной человек, переносчиком возбудителя – платяная вошь. Насосавшись крови сыпнотифозного больного, платяная вошь на третьи–десятые, чаще четвертые–пятые сутки становится заразной. Риккетсии развиваются при температуре 30 ºС в кишечнике вшей. Вместе с испражнениями попадают на кожу, белье и т. д. Заражение сыпным тифом происходит не через укус вшей, а при втирании риккетсий, которые выделяются с испражнениями или 82 раздавливании вшей и проникают в ссадины, царапины кожи и повреждения слизистых оболочек. Сыпной тиф относится к кровяным инфекциям. Возбудитель болезни в период заболевания находится в крови, в лейкоцитах, в эндотелии сосудов кожи, мозга и других органов. Основным источником возбудителя крысиного сыпного тифа в природе являются крысы и мыши, которые инфицируются друг от друга посредством укусов блох и вшей, люди же заражаются крысиным тифом от грызунов, т. е. это зооносная инфекция. Заболеваемость крысиным тифом среди людей обычно носит эндемический и спорадический характер. Болезнь характеризуется сезонностью, наибольшее количество заболеваний приходится на август– ноябрь. Вторая группа возбудителей риккетсиозов – возбудители клещевой пятнистой лихорадки. В эту группу входят следующие виды: Rickettsia rickettsii (возбудитель пятнистой лихорадки Скалистых гор), Rickettsia conorii (возбудитель марсельской, или средиземноморской, лихорадки), Rickettsia sibirica (возбудитель клещевого сыпного тифа Северной Азии), Rickettsia australis (североавстралийский клещевой сыпной тиф), Ricket-tsia aсari (возбудитель осповидного, или везикулезного, риккетсиоза), Rickettsia tsutsugamushi (возбудитель японской речной лихорадки цуцугамуши) и другие. Природными носителями этих возбудителей являются клещи. Хламидии относятся к семейству Chlamydiaceae, которое включает один род Chlamydia. Это неподвижные кокковидные грамотрицательные бактерии. Размножаются только внутри связанных с мембраной вакуолей в цитоплазме клеток человека, млекопитающих и птиц. Клеточные стенки хламидий сходны по строению со стенками грамотрицательных бактерий, но не содержат мурамовую кислоту или содержат ее в следовых количествах. Хламидии не имеют цитохромов, не способны окислять глюкозу и синтезировать свои собственные высокоэнергетические соединения, такие как АТФ. Поэтому они являются «энергетическими паразитами» и не способны размножаться вне живой клетки. Жизненный цикл хламидий внутри эукариотических клеток сложен, включает образование трех основных форм и обычно завершается в течение 40–72 ч. Основные его стадии следующие: 1) образование элементарных телец – мелких (0,2–0,5 мкм) электронно- плотных шаровидных структур, имеющих компактный нуклеоид и ригидную клеточную стенку; 83 2) образование инициальных, или ретикулярные, телец – больших (в диаметре 0,8–1,5 мкм) сферических образований, имеющих сетчатую структуру с тонкой клеточной стенкой и фибриллярным нуклеоидом; 3) формирование промежуточных телец – стадии между элементарными и ретикулярными тельцами. Элементарные тельца являются инфекционной формой хламидий, т. е. обеспечивают передачу заболевания от человека (животного) к человеку (животному). Ретикулярные тельца – вегетативная форма хламидий. Вегетативные формы размножаются путем бинарного деления внутриклеточно, но они не инфекционны, когда выделяются из клетки- хозяина. Жизненный цикл хламидий начинается с того, что элементарные тельца адсорбируются на чувствительных эпителиальных клетках и проникают в них посредством эндоцитоза. В течение последующих нескольких часов элементарные тельца реорганизуются, увеличиваются в размерах и превращаются в ретикулярные формы, которые размножаются путем бинарного деления. Образующиеся дочерние формы также размножаются путем бинарного деления. Жизненный цикл заканчивается, когда возникающие промежуточные формы реорганизуются (уплотняются), уменьшаются в размерах и превращаются в элементарные тельца. Размножаясь внутри цитоплазматических везикул, хламидии формируют микроколонии, окруженные мембраной, образующейся из впячивания мембраны клетки при фагоцитозе элементарного тельца. В составе микроколоний обнаруживаются все три стадии развития хламидий. В одной клетке может быть несколько микроколоний, образующихся в случае фагоцитоза нескольких элементарных телец. После разрыва стенки везикулы и мембраны клетки-хозяина вновь появившиеся хламидии высвобождаются, и элементарные тельца, инфицируя другие клетки, повторяют цикл развития. В настоящее время род Chlamydia включает три патогенных вида: С. trachomatis (типовой вид рода), C. psittaci и C. pneumoniae. Установлено, что многие штаммы патогенных хламидий вызывают генерализованные инфекции у различных хозяев, некоторые – резко выраженные воспаления в одной или нескольких тканях или органах только определенных видов позвоночных. Штаммы хламидий обнаружены у птиц, млекопитающих (включая приматов) и людей. У людей они вызывают заболевания глаз, мочеполовой и дыхательной систем; у птиц – респираторные болезни и генерализованную инфекцию; у млекопитающих – заболевания дыхательных путей, суставов, плаценты и кишечные болезни. Некоторые штаммы хламидий патогенны и для человека, и для птиц (табл. 15). 84 Таблица 15 Заболевания, вызываемые патогенными хламидиями Виды Вызываемые заболевания Способы передачи C. trachomatis Трахома (кератоконъюнктивит) – хроническое заболевание глаз Конъюнктивит новорожденных Урогенитальный хламидиоз, венерическая лимфогранулема Прямым контактом: с больных глаз на здоровые (занос грязными руками) или через загрязненные предметы Во время родов от матерей, у которых хламидии имеются в эпителиальных клетках слизистой оболочки мочеполовой системы Половой C. psittaci Орнитозы При уходе за птицами (больными и носителями), при употреблении в пищу без достаточной термической обработки мяса и яиц инфицированных птиц C. pneumoniae Пневмония, бронхиальная астма, катар верхних дыхательных путей Контактный (от больного человека). Механизм заражения – воздушно- капельный Миксобактерии и цитофаги Миксобактерии и цитофаги – это грамотрицательные скользящие бактерии, относящиемя соответственно к порядкам Myxobacteriales и Cytophagales. Миксобактерии имеют относительно крупные клетки (0,6–1,2 × 2–10 мкм) двух морфологических типов: тонкие гибкие палочки с более или менее суженными концами и относительно толстые палочки цилиндрической формы с закругленными концами. Клетки миксобактерий обычно окрашены в желтый, оранжевый или красный цвет за счет каротиноидных пигментов. Миксобактерии передвигаются путем скольжения по твердой поверхности и способны также проникать в субстрат, продвигаясь внутри, например 1,2– 1,5 % агаровых гелей. Скользящие клетки всегда оставляют за собой слизистые треки. В результате скользящего движения клеток колонии миксобактерий распространяются по поверхности субстрата и поэтому называются швармами. Внутри шварма клетки обычно распределены неравномерно, концентрируясь в радиальных тяжах, а иногда в массивных 85 складках по периферии шварма. В условиях голодания клетки скапливаются и агрегируют в определенных участках шварма, образуя крупные глобулярные или гребневидные массы, которые затем дифференцируются в структуры, называемые плодовыми телами (рис. 100). Рис. 100 . Микрофотография плодовых тел у бактерий Stigmatella aurantiaca (Photo by David White colorized by Yves Brun using NIH Image) Плодовые тела варьируют в размерах от 100 до 600 мкм и хорошо заметны благодаря яркой окраске и блестящей поверхности. Плодовые тела имеют разную форму: от микроскопического бугорка до сложных древоподобных структур, они могут располагаться концентрическими кругами или радиальными тяжами. Внутри созревающего плодового тела вегетативные клетки превращаются в покоящиеся миксоспоры. Они устойчивы к высыханию и довольно устойчивы к нагреванию: выживают при температуре 58–60 ºС в течение 10–60 мин. Миксоспоры могут иметь сферическую или овальную (например, у представителей родов Myxococcus, Nannocystis и др.) и палочковидную (например, у представителей родов Cystobacter, Polyangium, Stigmatella и др.) форму. Миксобактерии – облигатные аэробы. Большинство из них мезофиллы; оптимальная температура для роста 30–35 ºС. Все представители – хемоорганотрофы, способные использовать самые разнообразные органические вещества в качестве источников энергии и углерода. В зависимости от источников питания различают бактериолитические и целлюлозолитические виды. К бактериолитическим относятся миксобактерии, входящие в род Myxococcus. Представители этого рода за счет синтеза различных экзоферментов могут разрушать клетки бактерий, дрожжей и других микроорганизмов и использовать полученные вещества в качестве источников энергии и углерода. Такой тип 86 взаимоотношений между микроорганизмами относится к хищничеству. Целлюлозолитические виды содержит род Polyangium, так как его представители способны гидролизовать целлюлозу. Следует отметить, что некоторые миксобактерии способны синтезировать в значительных количествах стеролы (например, рода Nannocystis). Миксобактерии присутствуют повсеместно. Особенно обильно встречаются, по-видимому, в теплых, полусухих и сухих местообитаниях, таких как степи и полупустыни субтропического и умеренного поясов. Типичные местообитания миксобактерий – почвы с нейтральным рН и нормальным содержанием солей, разлагающийся органический материал, включая помет травоядных животных и гниющую древесину, кора живых и отмерших деревьев, а также пресная вода. В отличие от миксобактерий, цитофаги не образуют плодовых тел и имеют другой нуклеотидный состав ДНК. Содержание ГЦ у цитофаг 30–50 %, у миксобактерий значительно выше – 67–71 %. Группа цитофаг включает восемь родов, представители которых могут обитать в почве, пресноводных и морских водоемах (например, роды Cytophaga, Flexibacter), полости рта (например, род Capnocytophaga), горячих источниках (например, род Thermonema). Цитофаги – облигатные аэробы или факультативные анаэробы; хемоорганотрофы; метаболизм дыхательного, или бродильного, типа. Глюкозу сбраживают с образованием ацетата, пропионата, сукцината и некоторых других органических кислот. Отдельные представители могут осуществлять нитратное дыхание, используя в качестве конечного акцептора электронов NO − 3 . Для бактерий рода Cytophaga характерна способность разлагать целлюлозу, агар, хитин, пектин и крахмал; рода Flexibacter – хитин и крахмал; рода Sporocytophaga – целлюлозу и целлобиозу; рода Microscilla – карбоксиметилцеллюлозу. Веретенообразные вегетативные клетки бактерий родов Sporocy-tophaga и Chitinophaga могут превращаться в длительно сохраняющиеся круглые клетки, окруженные капсулой – микроцисты (стадия покоя). Бактерии рода Flexithrix могут образовывать чехлы, которые окружают длинные многоклеточные нити с однорядным расположением клеток. Среди цитофаг встречаются патогенные представители. Например, бактерии рода Capnocytophaga выделяют из полости рта, очагов поражения в легких, крови и абсцессов. Бактерии вида Flexibacter columnaris – возбудитель заболеваний у рыб и часто является причиной их массовой гибели в рыборазводных прудах. |