кекер. Конспект лекций по спецкурсу Важнейшие группы прокариотических микроорганизмов
 Скачать 1.55 Mb.
|
|
роду Microbacterium относятся тонкие палочковидные бактерии неправильной формы (0,4–0,8 × 1,0–4,0 мкм), одиночные или в парах V- образной конфигурации. Первичное ветвление нетипично, и мицелий не образуется. В старых культурах палочки короче, но четкий цикл «палочка – кокки» отсутствует. Грамположительные, некислотоустойчивые, неспорообразующие. В клеточной стенке имеется лизин, но отсутствуют миколовые кислоты и арабиногалактановый полимер. Неподвижные или подвижные за счет одного-трех жгутиков. Бактерии рода Microbacterium – аэробы, хемоорганотрофы. Метаболизм в основном дыхательного типа, но может быть и слабо выраженный 110 бродильного типа. Каталазоположительные. Требуют для роста витамины группы В и некоторые аминокислоты. На агаризованной среде с дрожжевым экстрактом, пептоном и глюкозой формируют непросвечивающие, блестящие, часто с желтоватой пигментацией колонии. Оптимальная температура для роста около 30 ºС. Не растут при 18 и 40 ºС. Выдерживают нагревание при 72 ºС в течение 15 мин в обезжиренном молоке. Обнаружены в молоке, молочных продуктах, на оборудовании молочных предприятий, в сточных водах и у насекомых. Род Microbacterium включает четыре вида: M. arborescens, M. imperiale, M. lacticum, M. laevaniformans. Типовой вид – M. lacticum. Актиномицеты Актиномицеты относятся к порядку Actinomycetales, в который входят бактерии, имеющие тенденцию к образованию ветвящихся гиф, способных развиваться в мицелий. Гифы могут быть очень короткими или хорошо развитыми и в связи с этим мицелий может быть плотным, субстратным, врастающим в питательную среду или же рыхлым, воздушным на поверхности колонии. Различают мицелий стабильный и распадающийся на палочковидные или кокковидные элементы, некоторые из них обладают подвижностью за счет жгутиков. Мицелий может нести интеркалярные везикулы, не содержащие спор либо содержащие многочисленные споры. Кроме того, для актиномицетов характерно образование конидий (бесполых спор), которые похожи на бактериальные эндо-споры и служат для перенесения неблагоприятных условий внешней среды. Характер расположения конидий у разных групп актиномицетов отличается. Это могут быть одиночные конидии, пары конидий, короткие или длинные цепочки конидий, конидиенесущие гифы, соединенные в пучки гиф, из которых высвобождаются подвижные споры. Еще одним морфологическим критерием, который используется для идентификации актиномицетов, является образование спорангиев – мешков, содержащих споры. Они могут образовываться на хорошо развитых воздушных гифах или на поверхности конидий со слабо развитым воздушным мицелием либо без него, либо главным образом в толще агара (рис. 101). 111 Рис. 101 . Схематическое изображение мицелиального роста и спорообразования у актиномицетов различных родов ( из «Todar's Online Textbook of Bacteriology»; www.textbookofbacteriology.net ) Кроме морфологических критериев, для идентификации актиномицетов используются данные о химической структуре некоторых соединений: • типе двухосновной аминокислоты, присутствующей в составе клеточной стенки (мезо- или L-диаминопимелиновая кислота); • типе диагностических сахаров, содержащихся в гидролизате целых клеток. Культуры актиномицетов по окраске делятся на две группы: бесцветные и пигментированные. Первые при росте на питательных средах не образуют никаких пигментов, колонии их бесцветные, беловатые. Актиномицеты второй группы образуют пигменты, поэтому формируют окрашенные колонии: синие, фиолетовые, красные, розовые, желтые, оранжевые, зеленые, коричневые, черные (рис. 102, 103). Рис. 102 . Пигментация у различных видов актиномицетов 112 Рис.103 . Колонии бактерий Streptomyces coelicolor (из «Hinger Education and Research Opportunitie, the John Innes Centre»; http://www.hero.ac.uk/sites/hero/uk/research/archives/2002/) Многие актиномицеты могут синтезировать одновременно несколько пигментов, причем на разных средах в различных количественных соотношениях. Пигменты актиномицетов разнообразны по своим химическим и физическим свойствам. Одни из них хорошо растворяются в воде и этиловом спирте, другие не растворяются в воде, но растворяются в спирте, эфире и других органических растворителях. Третьи не растворяются ни в воде, ни в органических растворителях. Актиномицеты – грамположительные организмы, хотя реакция по Граму может изменяться с возрастом культуры. Большинство аэробы, но некоторые роды представлены факультативными или облигатными анаэробами. Хемоорганогетеротрофы, использующие разнообразные источники энергии: углеводы, органические кислоты, спирты, крахмал, декстрин, клетчатку, различные углеводородные соединения (парафин и другие продукты переработки нефти), жиры, воски, лигнин, хитин и др. В большинстве случаев встречаются как свободноживущие в разнообразных местообитаниях. Однако есть актиномицеты, которые образуют симбиотические азотфиксирующие ассоциации с растениями (род Frankia). Встречаются чаще в почве и реже – в пресной воде. Есть патогенные для человека, животных и растений виды. Споры могут быть аллергенными для человека. По морфологическим и химических критериям актиномицеты в девятом издании «Определителя бактерий Берджи» разделены на восемь групп родов. 1. Нокардиоформные актиномицеты. 2. Роды с многогнездными спорангиями. 3. Актинопланы. 4. Стрептомицеты и близкие роды. 5. Мадуромицеты. 113 6. Thermomonospora и близкие виды. 7. Thermoactinomyces. 8. Другие роды. Нокардиоформные актиномицеты. Это гетерогенная группа, многие представители которой образуют нити мицелия, распадающиеся на более короткие элементы. Для некоторых родов характерно образование воздушного мицелия с цепочками спор. Подразделение на роды основано в первую очередь на хемотипе клеточной стенки, присутствии или отсутствии миколовых кислот и других химических признаках. Эта группа актиномицетов разделена на четыре погруппы: • бактерии, содержащие миколовые кислоты; • Pseudonocardia и близкие роды; • Nocardioides и Terrabacter; • Promicromonospora и близкие роды. Бактерии, содержащие миколовые кислоты, широко распространены в природе, особенно в почве, однако некоторые виды ассоциированы с животными. В эту подгруппу входят четыре рода: Gordona (выделяются из почвы, мокроты больных легочным туберкулезом); Nocardia (широко распространены и обильно представлены в почве. Некоторые являются возбудителями актиномицетной мицетомы и нокардиоза); Rhodococcus (широко распространены; особенно обильно предсталены в почве и помете травоядных животных. Некоторые представители патогенны для человека и животных); Tsukamurella (выделены из почвы, мокроты человека, а также из мицетом и яичников постельных клонов. Некоторые представители известны как возбудители легочной инфекции, менингита с летальным исходом и некротирующего тендовагинита). Подгруппа Pseudonocardia и близкие роды выделяются из разнообразных местообитаний, чаще всего из почвы и растительного материала; некоторые виды вызывают аллергические заболевания. Подгруппа включает 10 родов бактерий. Подгруппа Nocardioides и Terrabacter состоит из двух родов бактерий: Nocardioides и Terrabacter. Встречаются в почве. Подгруппа Promicromonospora и близкие роды выделяются из почвы и растительного материала. Включает три рода: Jonesia, Oerskovia и Promicromonospora. Роды с многогнездными спорангиями. Для актиномицетов этой группы типично образование нитей мицелия, делящихся в продольном и поперечном направлениях, и большого числа кокковидных элементов, которые могут быть подвижными или неподвижными. В эту группу входят три рода: 114 • Dermatophilus – паразиты млекопитающих, в частности сельскохозяйственных животных; обычно вызывают только экссудативный дерматит (например, Dermatophilus congolensis), который может быть очень тяжелым и угрожающим жизни; в редких случаях вызывают подкожные абсцессы и лимфогранулематоз; • Frankia – большинство штаммов – симбионты ряда покрытосемен-ных растений, индуцирующие образование клубеньков на корнях соответствующих хозяев. Встречаются и как свободноживущие в почве; • Geodermatophilus – местообитание почва. Актинопланы. Представлены бактериями, нити мицелия которых не распадаются на фрагменты; воздушный мицелий развит слабо или отсутствует. Они образуют подвижные или неподвижные споры в спорангиях, одиночные либо в цепочках. Клеточные стенки содержат мезо-диамино- пимелиновую кислоту и глицин, в гидролизатах целых клеток присутствуют арабиноза и ксилоза. Местообитание – почва, разлагающийся растительный материал, пресная и морская вода, ил. Группа включает шесть родов: Actinoplanes, Ampullariella, Catellaspora, Dactylosporangium, Micromonospora, Pilimelia. Стрептомицеты и близкие роды. Это гетерогенная группа, для всех таксонов которой характерны клеточные стенки, содержащие L-диами- нопиколиновую кислоту и глицин. Нити мицелия не распадаются на фрагменты и могут образовывать обильный воздушный мицелий с длинными цепочками спор (роды Streptomyces и Streptoverticilium) (рис. 104). Для других родов (Intrasporangium, Kineosporia, Sporichthya) характерно слабое развитие воздушного мицелия либо полное его отсутствие и разнообразные по форме споры. Рис. 104 . Филаменты мицелия бактерий рода Streptomyces (из «Natural Resources Conservation Service»; http://soils.usda.gov/.../soil_biology/) В группу входит пять родов: Streptomyces, Streptoverticillium, Intrasporangium, Kineosporia, Sporichthya. Основное местообитание представителей этих родов – почва, но есть патогенные для человека и 115 животных или растений виды. Типовой род – Streptomyces. Все стрептомицеты – облигатные аэробы. Они нетребовательны к питательным субстратам, не нуждаются в факторах роста, преимущественно сапрофиты. Стрептомицеты широко распространены в почвах разных типов и играют большую роль в минерализационных процессах. Их наличие обусловливает специфический запах свежевспаханной почвы. Из стрептомицетов Str. griseus было выделено масло, названное геосмином, обладающее таким запахом. Стрептомицеты хорошо развиваются при низкой влажности почвы, поэтому в почвах засушливых климатических зон они численно преобладают над всеми микроорганизмами. Повсеместное распространение актиномицетов рода Streptomyces связано с наличием у них активных ферментных систем, позволяющих разрушать и использовать самые разнообразные соединения. Так, у актиномицетов выявлена способность продуцировать такие гидролитические ферменты, как протеазы, амилазы, кератиназы, хитиназы, активные окислительно- восстановительные ферменты группы полифенолоксидаз, обеспечивающие расщепление устойчивых фенольных соединений, входящих в состав гумуса. Некоторые актиномицеты осуществляют трансформацию полициклических соединений – стероидов – в биологически активные соединения – стероидные гормоны (преднизолон, кортизон). Среди актиномицетов особенно много продуцентов антибиотиков. Например, Str. aureofaciens– продуцент тетрациклина, Str. griseus – продуцент стрептомицина, Str. venezuelae – продуцент хлорамфеникола и др. Одновременно с образованием тетрациклина бактерии вида Str. aureofaciens синтезируют также витамин В 12 и его аналоги. Витамины группы В способны продуцировать почти все стрептомицеты. Многие из них образуют каротиноидные пигменты, черно-коричневые меланины и сине-фиолетовые антоцианы. Среди фитопатогенных представителей рода Streptomyces следует отметить бактерии вида Str. scabies, которые являются возбудителями парши картофеля. Парша картофеля проявляется в образовании уплотненных слоев на поверхности клубней, ухудшении свойств, связанных с пищевой ценностью (рис. 105). Возбудитель поражает только клубни и неактивен в отношении зеленых частей растения. Вирулентность этих бактерий связана с наличием кутиназы, которая гидролизует полимер защитного кутикулярного слоя. Показано, что стрептомицеты, вызывающие паршу картофеля, могут подавлять образование фитоалексинов в клубнях. Фильтраты культуральной жидкости бактерий Str. scabies ингибируют дыхание клубней картофеля. 116 Рис. 105 . Клубни картофеля, пораженные бактериями Streptomyces scabies (из «Vegetable MD Online»; http://vegetablemdonline.ppath.cornell.edu/PhotoPages/) Мадуромицеты. Это бактерии, нити мицелия которых не распадаются на фрагменты и образуют развитый в большей или меньшей степени воздушный мицелий, несущий споры. Клеточные стенки содержат мезо- диаминопимелиновую кислоту, а гидролизаты целых клеток мадурозу. Эта группа разделена на две подгруппы: • Streptosporangium и родственные таксоны; • Actinomаdura. Мадуромицеты – в основном почвенные микроорганизмы, но среди них встречаются патогенные для человека и животных виды. Thermoтоnospora и близкие виды. Представлены бактериями, нити мицелия которых не распадаются на фрагменты и образуют воздушный мицелий со спорами, расположенными одиночно (род Thermотоnonospora), в цепочках (роды Actinosynnema, Nocardiopsis) или в спорангиеподобных структурах (род Streptoalloteichys). Клеточные стенки содержат мезо- диаминопимелиновую кислоту; в гидролизатах целых клеток характерные аминокислоты и сахара отсутствуют. Миколовые кислоты также отсутствуют. Основное местообитание – почва. Thermoactinomyces. Это группа бактерий, нити мицелия которых не распадаются на фрагменты и образуют воздушный мицелий. Одиночные споры (представляющие собой эндоспоры) имеются как на воздушном, так и на субстратном мицелии. Все виды термофильные. Клеточные стенки содержат мезо-диаминопимелиновую кислоту; характерные аминокислоты и сахара отсутствуют. Аэробы; сапрофитные хемоорганотрофы. Группа представлена только одним родом – Thermoactinomyces. Другие роды. Эта группа включает три рода: Glycomyces, Kitasatosporia, Saccharothrix. Они не могут быть в настоящее время отнесены ни к одной из вышеперечисленных групп. Все представители этих родов образуют воздушный мицелий с цепочками спор. В составе клеточной стенки 117 отсутствуют миколовые кислоты. Аэробы, хемоорганотрофы. Выделены из почвы. Микоплазмы Микоплазмы – это очень мелкие прокариотические организмы, полностью лишенные клеточных стенок. Клетки ограничены только цитоплазматической мембраной и не способны к синтезу пептидогликана и его предшественников. В связи с этим для них характерен ярко выраженный плеоморфизм. В культуре одного вида можно одновременно обнаружить кокковидные, эллипсовидные, дискообразные, палочковидные, грушевидные клетки, а также нитевидные формы. Нити могут ветвиться, образуя структуры, подобные мицелиальным. Диаметр клеток составляет 0,1–10 мкм. Размножаются различными способами: бинарным делением; фрагментацией крупных тел и нитей, сопровождающейся освобождением большого числа кокковидных форм; почкованием. Репликация генома предшествует, но не обязательно синхронизована с клеточным делением. Микоплазмы, как правило, неподвижны, однако некоторые виды обладают способностью к скользящему движению по поверхностям, покрытым жидкостью. Клетки других видов, имеющие форму спиральных нитей, обнаруживают подвижность вращательного, изгибательного и поступательного типов. Покоящиеся стадии неизвестны. Отсутствие клеточной стенки обусловливает еще одну отличительную особенность микоплазм – их нечувствительность к антибиотикам, специфически действующим на бактериальную стенку (пенициллину, ампициллину, цефалоспорину и др.). Микоплазмы представляют собой группу, чрезвычайно разнообразную с точки зрения физиолого-биохимических особенностей. Они могут расти: • на искусственных бесклеточных средах разной степени сложности (от простых минеральных до сложных органических). Большинство видов нуждается для роста в стеринах и жирных кислотах; • только внутри организма-хозяина, откуда их можно выделить с использованием культуры клеток. Разнообразны также способы получения энергии у микоплазм. Среди них описаны виды, получающие энергию за счет окисления или сбраживания органических соединений, а также за счет окисления неорганических соединений (железа, марганца). Описаны микоплазмы, являющиеся строгими аэробами, хотя большинство из них – факультативные анаэробы. Некоторые 118 микоплазмы – облигатные анаэробы, погибающие в присутствии минимального количества минерального кислорода. Микоплазмы могут быть сапрофитными, паразитическими и патогенными. Патогенные вызывают заболевания человека, животных (в том числе насекомых) и растений. Факторы вирулентности микоплазм, патогенных для человека и животных, разнообразны. Они продуцируют как экзо-, так и эндотоксины; пероксид водорода, нейраминидазу, кислые фосфатазы, уреазу, аргининдегидролазу. Ферменты действуют на соответствующие субстраты и обусловливают в силу этого патогенный эффект. Например, аргининдегидролаза разрушает необходимую для нормальной жизнедеятельности клеток аминокислоту аргинин. Нейраминидаза вызывает изменения рецепторного аппарата клеточных мембран эритроцитов, респираторного эпителия и т. д. Пероксид водорода вызывает повреждения мерцательного эпителия трахеи и бронхов человека и животных. Первая фаза микоплазменной инфекции основана на способности микоплазм адсорбироваться на клетках хозяина. Это обусловлено общностью рецепторных участков на мембранах разных видов микоплазм и разных типов клеток макроорганизмов. Разные виды микоплазм адсорбируются на эритроцитах, макрофагах, мембранных структурах реснитчатого эпителия трахеи и бронхов человека, крупного рогатого скота, птиц и других организмов. Проникновение микоплазм в клетки происходит редко, т. е. они действуют с поверхности клетки. Конечный эффект взаимодействия микоплазм и клеток организма может выражаться в развитии либо острой инфекции, сопровождающейся видимым изменением, разрушением поражаемых клеток, либо скрытой ее форме – изменяются метаболизм и функции поражаемых клеток, нарушается нормальное клеточное деление, вызываются хромосомные изменения. Основными факторами патогенности фитопатогенных микоплазм являются токсины, пероксид водорода, аммиак, ферменты (нуклеазы, протеазы, уреаза и т. д.). Также одним из факторов патогенности принято считать их конкуренцию с клеткой-хозяином за отдельные субстраты энергетического и белкового обменов (углеводы, аминокислоты и т. д.). Так, для большинства аргининусваивающих микоплазм в качестве основного фактора патогенности является их способность усваивать аргинин. Микоплазмы вызывают такие заболевания, как столбуры (недоразвитость верхушки, усиление ветвления, курчавость листьев, разрастание чашелистиков, позеленение лепестков, увядание и т. п.); желтухи (удлинение междоузлий и пожелтение листьев); «ведьмины метлы» (чрезмерное 119 разрастание пазушных и дополнительных побегов, недоразвитость верхушек); вырождения и др. Основными заболеваниями, наносящими значительный экономический ущерб, являются микоплазмозы пшеницы, пасленовых, винограда и некоторых древесных культур (яблони, шелковицы и др.). К наиболее распространенным микоплазмозам относятся бледно-зеленая карликовость пшеницы, «ведьмины метлы» картофеля, столбур томатов и др. По вредоносности микоплазмозы, за небольшим исключением, относятся к катастрофическим заболеваниям. Урожай пшеницы может снизиться на 80– 90 %. Большой вред они наносят овощеводству, вызывая потери на 25–38 % урожая плодов томатов и других пасленовых, недобору 18–20 % урожая картофеля. Микоплазмы широко распространены в основных районах хлебопашества и овощеводства. Характер взаимодействия микоплазм с мембранами клеток специфических растений-хозяев очень сходен с таковым микоплазм, патогенных или потенциально патогенных для человека и животных. В основе взаимодействия лежит родство рецепторного аппарата микоплазм и клеток. Адсорбировавшиеся на мембранных элементах клеток-хозяев микоплазмы получают возможность извлекать из них необходимые питательные субстраты, а также непосредственно влиять на генетический аппарат клеток хозяина. Интересен также способ распространения микоплазмозов растений. Если микоплазмы, поражающие человека и животных, распространяются от особи к особи посредством прямых контактов, а у птиц, кроме того, и через яйца, то фитопатогенные микоплазмы являются типичными трансмиссивными патогенами. Для их распространения обязательно нужен переносчик. Основную роль в распространении микоплазмозов растений играют насекомые, главным образом цикадки. Насчитывается свыше 60 видов цикадок-переносчиков микоплазмозов растений. Кроме того, микоплазмы могут передаваться механически – при использовании больного прививочного материала. Порядок Mycoplasmatales по своим свойствам является гетерогенной группой бактерий, включающей три семейства: Mycoplasmataceae, Acholeplasmataceae и Spiroplasmataceae. Семейство Mycoplasmataceae представлено двумя родами: Mycoplasma и Ureaplasma. Различия между ними состоят в том, что бактерии рода Ureaplasma обладают уреазной активностью. Все представители данного семейства являются хемоорганогетеротрофами, характеризующимися высокими потребностями в питательных веществах (особенно в холестерине 120 или близких стеринах). Энергетический метаболизм ферментативного или окислительного типа. Использование глюкозы происходит по гликолитическому пути. Некоторые из представителей семейства способны передвигаться путем скольжения. Большинство представителей данного семейства является высокоспециализированными паразитами человека, животных, насекомых и растений. Многие паразитические формы бактерий этого семейства патогенны, например Mycoplasma pneumoniae – возбудитель острых респираторных заболеваний и пневмоний у человека. Бактерии видов Mycoplasma hominis и Ureaplasma urealyticum – возбудители воспалительных заболеваний мочеполовой системы, таких как уретриты, циститы, пиелонефриты, простатиты, вагиниты и др. Этими видами микоплазм инфицировано не менее 50 % здоровых мужчин и женщин в возрасте 30–50 лет, причем до 30 % женщин – носители одновременно обоих видов микоплазм. В состав семейства Acholeplasmataceae входит один род – Acholeplasma. Ахолеплазмы менее требовательны к составу питательных сред и не нуждаются для роста в холестерине и сыворотке. Не гидролизуют аргинин и мочевину. К ахолеплазмам относятся свободноживущие сапрофитные бактерии и паразиты млекопитающих и птиц; некоторые из них, возможно, патогенны. Наиболее хорошо изучены бактерии вида Acholeplasma laidlawii, относящиеся к сапрофитным микоплазмам. В третье семейство Spiroplasmataceae включены бактерии рода Spiroplasma. Отличительным признаком спироплазм является их своеобразная морфология: в стадии роста среди разнообразных форм преобладают спиралевидные нити. На первых этапах развития спироплазмы нуждаются в холестерине. На более поздних этапах развития у них индуцируется синтез каротиноидов, которые в мембранах спироплазм выполняют те же функции, что и холестерин. Спироплазмы являются внутриклеточными паразитами. Выделены из клещей, гемолимфы и кишечника насекомых, из сосудистой жидкости растений, с поверхности цветковых растений и т. д. Типовой вид данного рода – Spiroplasma citri – патоген цитрусовых растений, хрена, редьки. |