лекции по микробиологии. Курс лекций по микробиологии пятигорск, 2008 Империя Доклеточные Империя Клеточные Надцарство Эукариоты
 Скачать 1.67 Mb.
|
|
Е.Г. ДОРКИНА КРАТКИЙ КУРС ЛЕКЦИЙ ПО МИКРОБИОЛОГИИ Пятигорск, 2008 Империя Доклеточные Империя Клеточные Надцарство Эукариоты Надцарство Прокариоты I царство Вирусы II царство Животные III царство Растения IV царство Грибы V царство Бактерии ЧАСТЬ 1. ОБЩАЯ МИКРОБИОЛОГИЯ ЛЕКЦИЯ №1 Предмет и задачи медицинской микробиологии. Систематика и номенклатура микроорганизмов. Основные морфологические группы бактерий. Микроскопические методы исследования. Устройство микроскопа. Микробиология – это наука о микроорганизмах. Микроорганизмы – это организмы (живые существа), которые имеют мельчайшие (микроскопические) размеры и не видны невооруженным глазом. К микроорганизмам относятся бактерии, вирусы, грибы, животные и растения. Микроорганизмы играют огромную роль в природе и жизни человека. Они участвуют в круговороте веществ, в поддержании плодородия почвы и газового состава атмосферы. Большинство микроорганизмов безвредно для человека, а многие из них полезны. Микроорганизмы, которые не оказывают неблагоприятного влияния на организм человека и не вызывают заболеваний, называются непатогенными или сапрофитами. Но имеется группа микроорганизмов, которые вызывают различные заболевания (патологии). Они называются патогенными. Существуют также микроорганизмы, которые вызывают заболевания при определенных условиях – снижении сопротивляемости (резистентности) организма. Они называются условно-патогенными. Медицинская микробиология изучает патогенные и условно-патогенные микроорганизмы, которые вызывают инфекционные заболевания. К ним относятся бактерии, вирусы, грибы и простейшие. Медицинская микробиология подразделяется на бактериологию, вирусологию, микологию и протозоологию. Каждый раздел изучает морфологию, физиологию, размножение и генетические особенности патогенных микроорганизмов, их роль в этиологии и патогенезе заболеваний, клинические проявления заболеваний, их диагностику, профилактику и лечение. Систематика микроорганизмов – это наука, изучающая их разнообразие и занимающаяся систематизацией микроорганизмов по сходству, различиям и взаимоотношениям друг с другом. Раздел систематики, изучающий принципы классификации, называется таксономией. Классификация – это распределение организмов в родственные группы – таксоны. Более крупные группы разделяются на более мелкие, а мелкие объединяются в более крупные. Самый крупный таксон – царство. Самый мелкий (элементарный) таксон – вид. Существует следующая классификация живых организмов, живущих на Земле. Патогенные микроорганизмы относятся к царствам Вирусы, Бактерии, Животные (подцарство Простейшие) и Грибы. Самой обширной и разнообразной группой возбудителей заболеваний являются бактерии. Бактерии – это одноклеточные микроорганизмы, т.е. одна клетка – это целый организм. Размеры клеток измеряются в микрометрах; 1 мкм= 10 -3 мм. Основой классификации бактерий является вид. Виды объединяются в роды, роды в семейства, семейства в порядки, порядки в классы, классы в отделы, а отделы в царство. К царству Бактерии относятся 4 отдела: отд. Gracilicutes – Грациликуты; грамотрицательные бактерии с тонкой клеточной стенкой; отд. Firmicutes – Фирмикуты; грамположительные бактерии с толстой клеточной стенкой; отд. Tenericutes – Тенерикуты; бактерии без клеточной стенки; отд. Mendosicutes – Мендозикуты; бактерии с дефектной клеточной стенкой. Для названия видов бактерий используется бинарная или двойная номенклатура. Первое слово обозначает род, а второе слово – вид. Например: Bacillus anthracis – возбудитель сибирской язвы; Shigella dysenteria – возбудитель дизентерии; Salmonella typhi – возбудитель брюшного тифа; Escherichia coli - кишечная палочка; Staphylococcus aureus – золотистый стафилококк; Bacillus anthracoides – сибиреязвенноподобная палочка. Бактериальные клетки внешне отличаются друг от друга по размеру, форме и расположению клеток. Эти признаки называются морфологическими свойствами бактерий.. Морфологические признаки имеют большое значение для определения вида (идентификации). По морфологическим свойствам различают 4 группы бактерий: кокки, палочки, извитые и нитевидные формы. 1. Кокки имеют шаровидную (округлую) форму и размеры 0,5-1,5 мкм. По расположению клеток различают: а) микрококки (р. Micrococcus) – клетки располагаются одиночно; б) диплококки (р. Diplococcus) – располагаются по две клетки, к патогенным диплококкам относятся пневмококки – возбудители пневмонии; гонококки – возбудители гонореи; менингококки – возбудители менингита; пневмококки имеют овальную форму, а гонококки и менингококки – бобовидную форму; в) стрептококки (р. Streptococcus) – располагаются в виде цепочек; г) тетракокки (р. Tetracoccus) – располагаются по 4 клетки; д) сарцины (р. Sarcina) – располагаются в виде пакетов (кубиков) клеток; е) стафилококки (р. Staphylococcus) – образуют беспорядочные скопления в виде виноградной грозди. 2. Палочки имеют цилиндрическую форму и размеры 1-8 х 0,5-2 мкм. Это самая многочисленная и разнообразная группа бактерий. Палочки могут быть правильной и неправильной формы, прямыми или слегка изогнутыми в виде запятой – вибрионы (например, холерный вибрион). Концы палочек могут быть обрезанными, закругленными, заостренными или в виде утолщения. Те палочки, которые не образуют спор, называются бактериями. Аэробные палочки, образующие споры, называются бациллами. Анаэробные палочки, образующие споры, называются клостридиями. . Большинство палочек располагается беспорядочно, поодиночке. Но могут быть: а) диплобактерии и диплобациллы – палочки, расположенные по две; б) стрептобактерии и стрептобациллы – палочки, расположенные в цепочки; в) палочки могут располагаться под углом друг к другу в виде V или Х (возбудители дифтерии). 3. Извитые формы имеют изгибы в виде одного или нескольких оборотов спирали. Клетки отличаются по длине и толщине, по количеству и характеру завитков. Длина клеток варьирует от 5 до 30 мкм при толщине 0,25-1 мкм. К извитым формам относятся спириллы, которые имеют изгибы, напоминающие спираль. Представители рода Campylobacter имеют изгибы как у крыла летящей чайки. К этой группе бактерий можно отнести и спирохеты, которые имеют ряд отличительных особенностей. 4. Нитевидные формы бактерий имеют клетки в виде нитей. К ним относятся серо- и железобактерии – обитатели водоемов. К нитевидным формам относятся актиномицеты. В зависимости от условий среды форма и размеры клеток могут изменяться. Это свойство называется полиморфизмом. Для изучения морфологических признаков применяют микроскопические методы. Используются различные микроскопы и методы микроскопии. Световые микроскопы используют для изучения микробов с размерами не менее 0,2 мкм. Микроскоп состоит из механической и оптической части. Механическая часть: штатив, тубус с револьвером, предметный столик, макровинт и микровинт. Оптическая часть: объективы, окуляры, конденсор, зеркало. Увеличение микроскопа – это произведение увеличения объектива на увеличение окуляра (например: 90х10=900). Под микроскопом можно наблюдать живые неокрашенные и окрашенные микробы. Но чаще исследуют препараты убитых и окрашенных микробов. Вначале готовят мазок из микробной культуры или патологического материала, высушивают и фиксируют его. Во время фиксации микробные клетки погибают и прикрепляются к стеклу. Используют физические и химические методы фиксации. Физический метод – фиксация мазка над пламенем спиртовки (несколько секунд) мазком вверх. Химические методы – фиксация в этаноле, метаноле, формалине, ацетоне и т.д.Для окраски фиксированных мазков применяют простые и сложные методы окраски. Простые методы – это методы, когда применяют один краситель. Сложные методы – несколько красителей и другие вещества. Окрашенный мазок называется препаратом. Для изучения окрашенных препаратов применяется иммерсионная микроскопия при помощи иммерсионного объектива, дающего большие увеличения (х90). При работе с иммерсионным объективом на препарат наносят каплю кедрового масла, т.к. его показатель преломления близок к показателю преломления стекла (n=1,51). ЛЕКЦИЯ №2 Структура бактериальной клетки. Клетки бактерий имеют более простое строение, чем клетки других организмов, т.к. бактерии – это прокариоты. У бактерий нет митохондрий, эндоплазматического ретикулума, комплекса Гольджи, лизосом, пероксисом и пр. У бактерий выделяют обязательные и необязательные органоиды клетки. Обязательные органоиды: клеточная стенка, цитоплазматическая мембрана (ЦПМ), цитоплазма, нуклеоид, мезосомы, рибосомы. Клеточная стенка прочная и упругая поверхностная структура. Функции: 1) придает форму клетке; 2) защита; 3) поддержание осмотического давления; 4) транспорт веществ, питание, деление; 4) антигенность. В состав стенки входит пептидогликан. Пептидогликан 1) тетрапептид + 2) гетерополисахарид (гликан) ковалентная связь Строение клеточной стенки у разных бактерий разное. Клеточная стенка окрашивается по методу Грама. Этот метод имеет очень большое значение для определения вида возбудителя (идентификации). По отношению к окраске по Грамму различают грамположительные (грам"+") и грамотрицательные (грам"-") бактерии. Строение клеточной стенки грам"+" бактерий: 1) толстая стенка (15 - 80 нм); 2) несколько слоев пептидогликана (40-90%); 3) есть тейхоевые кислоты; 4) небольшое количество липидов. Строение клеточной стенки грам "-" бактерий: 1) тонкая стенка (10-15 нм); 2) один слой пептидогликана (5-10%); 3) нет тейхоевых кислот; 4) много липидов (10-20%). В стенке - три слоя: 1) один слой пептидогликана; 2) волнообразная наружная мембрана; она соединена с пептидогликаном молекулами липопротеидов; 3) липополисахаридный слой, он не закрывает полностью наружную мембрану. Липополисахариды состоят из трех частей: а) липид А; б) ядро; в) О-специфическая цепь. Липид А погружен в наружную мембрану (придает токсичность – эндотоксин). О- специфическая цепь определяет антигенность (О-антиген). Сущность метода Грама. ГРАМ"+" бактерииокрашиваются в сине-фиолетовый цвет. т.к. 1) грам"+" бактерии содержат мало липидов, красители хорошо впитываются; 2) в стенке много пептидогликана и есть тейхоевые кислоты – образуется прочный комплекс с красителями (генциановый фиолетовый + йод); 3) после обработки спиртом поры суживаются и красители задерживаются и стенка окрашивается в цвет красителей (сине-фиолетовый). Грам"+" бактерии: стафилококки, стрептококки, бациллы, клостридии, актиномицеты. ГРАМ"-" бактерииокрашиваются в красный цвет, т.к.: 1) в стенке много липидов и комплекс красителей (генциановый фиолетовый + йод) плохо впитывается; 2) мало пептидогликана и нет тейхоевых кислот - образуется непрочный комплекс с этими красителями; 3) после обработки спиртом поры остаются широкими и красители вымываются; 4) при окраске фуксином стенка окрашивается в цветэтогокрасителя (красный). Грам"-" бактерии: кишечная палочка, холерный вибрион, спирохеты, риккетсии, хламидии. Отношение микроорганизмов к окраске по Грамму (а также к другим красителям) называется тинкториальными свойствами микроорганизмов. При нарушении образования клеточной стенки (под влиянием лизоцима, пенициллина) образуются протопласты, сферопласты, L- формы. Протопласты – это бактерии, полностью лишенные клеточной стенки. Сферопласты – бактерии, у которых клеточная стенка частично сохраняется. Такие бактерии внешне не отличаются по форме (шаровидные клетки разной величины), становятся более проницаемыми и осмотически чувствительными, не делятся. L- формы – бактерии, у которых нарушено образование клеточной стенки, но сохраняется способность к делению. Цитоплазматическая мембрана (ЦПМ) окружает наружную поверхность цитоплазмы. Строение: двойной слой (бислой) фосфолипидов и белки. Белки находятся на поверхности бислоя и могут частично или полностью погружаться в липидный слой или пронизывать его насквозь. Функции: 1) активный транспорт (транспортные белки- пермеазы); 2) метаболические процессы (синтез клеточной стенки, энергетический обмен); 3) деление клетки; 4) образование спор. Цитоплазма - сложный раствор с органоидами, заполняющий полость клетки. Функции: объединяет в одно целое нуклеоид и другие органоиды клетки, обеспечивает их взаимодействие и деятельность клетки как единой целостной живой системы. Нуклеоид – аналог ядра (образование, подобное ядру). Строение: одна кольцевая двунитчатая молекула ДНК (одна хромосома), немного РНК и негистоновых белков; нет мембраны, ядрышка, не делится митозом. Функции: хранение и передача наследственной информации. Рибосомы. Строение: 50% РНК и 50% белки; имеют округлую форму; две субъединицы (малая и большая). Функция: биосинтез белка. Рибосомы бактерий имеют 70 S (коэффициент осаждения), а у эукариот – 80 S. Поэтому некоторые антибиотики, которые подавляют биосинтез белка на рибосомах, связываются с рибосомами бактерий, но не с рибосомами эукариотических клеток. Мезосомы. Строение: впячивания ЦПМ внутрь клетки в виде клубков, петель, пластинок, трубочек. В мембранах мезосом находятся ферменты дыхания, пигменты фотосинтеза. Функции: организация и координация ферментных систем в клетке, обеспечивают энергией деление клетки, синтез клеточной стенки, образование спор, секрецию веществ. Необязательные структуры: капсула, жгутики, фимбрии (пили), споры, плазмиды, включения. Капсула. Строение: наружный толстый слой слизи определенной формы и упорядоченного строения ( микрокапсула – более тонкое слизистое образование, выявляемое при электронной микроскопии).Состоит из полисахаридов или белков (возбудители сибирской язвы и чумы). Патогенные бактерии образуют капсулу внутри организма хозяина (например, пневмококки, бациллы сибирской язвы). В чистых культурах бактерий капсула образуется реже. Функции: 1) защита от повреждений и высыхания (капсулы гидрофильны и хорошо связывают воду); 2) защита от фагоцитоза патогенных бактерий в макроорганизме (капсула - признак вирулентности этих бактерий). Капсулы окрашиваются по методу Бурри-Гинса. Клетки окрашиваются в красный цвет, капсулы бесцветные, тушь создает темный фон (негативное контрастирование). Жгутики. Строение: тонкие нити, отходящие от ЦПМ. Состоят из фибрилл, покрытых чехлом. Фибриллы состоят из сократительного белка флагеллина. Жгутики прикрепляются к ЦПМ и клеточной стенке специальными дисками (базальное тело). Импульсы в базальном теле вызывают сокращение белка флагеллина и жгутики совершают вращательные движения. Функция: движение клеток. По количеству и расположению жгутиков выделяют следующие группы бактерий: - монотрихи – один жгутик на одном из концов клетки (холерный вибрион); - перитрихи – 20-30 жгутиков по всей клетке (кишечная палочка); - лофотрихи – пучок (несколько) жгутиков на одном конце клетки (синегнойная палочка); - амфитрихи – один или пучок жгутиков на противоположных концах клетки (спириллы). Жгутики выявляют: 1) метод серебрения по Морозову; 2) в препаратах "раздавленная" или "висячая" капля (витальные - прижизненные препараты); вывод о том, что есть жгутики, делают по подвижности микробов; 3) при помощи электронной микроскопии. Ворсинки (фимбрии и пили). Строение: поверхностные нити, более тонкие и короткие, чем жгутики.Состоят из белка пилина. Ворсинки выполняют различные функции. Ворсинки общего типа покрывают всю поверхность клетки и прикрепляют бактерии к поверхности и к поражаемым клеткам (адгезия), участвуют в питании, водно- солевом обмене. Половые ворсинки или пили участвуют в конъюгации. Их образуют мужские клетки – доноры, которые содержат F-плазмиды. Включения: гликоген, гранулеза, полиметафосфаты (волютин), жиры, кристаллы солей. Функция: запасные питательные вещества, нерастворимые конечные продукты. Волютин окрашивается метиленовым синим в красно-фиолетовый цвет, а цитоплазма клетки – голубая. Зерна волютина окрашивают и по методу Нейссера. Они окрашиваются в темно-синий цвет, а цитоплазма – в желтый цвет. Гликоген раствором Люголя окрашивается в красно-бурый цвет, а гранулеза – в серо-синий цвет. Капли жира растворами судана III окрашиваются в красно-оранжевый цвет. Пары осмиевой кислоты окрашивают жировые капли в черный цвет. |