Микробиология Борисов Л.В. Микробиология Борисов Л. Литература для студентов медицинских вузов
 Скачать 27.52 Mb.
|
МИКРООРГАНИЗМОВтипических тестов и вряд ли сохранит свое значение в XXI столетии. Показано, что определение филогенетического положения прока риотов, те. их родовой и видовой принадлежности, должно проводиться по нуклеотидным последовательностям 16-рРНК исследуемых бактерий. Усовершенствованная методика секвенирования и обработки данных привела к получению идентичных результатов в различных лабораториях многих стран, что свидетельствует об их объективности. Видовая принадлежность бактерий оценивается при этом посте пени гомологии ДНК-ДНК, те. ДНК исследуемого микроорганизма с эталонной. Таким образом, на смену классическим микробиологическим тестам, разработанным еще в эпоху Р. Коха, пришли молекулярно-био логические и генетические методы, из которых генетические зонды, цепная полимеразная реакция (ЦПР) и др. нашли широкое применение в настоящее время для диагностики многих инфекционных заболеваний см. 4.5). Надцарство прокариотов, царство эубактерий в справочнике Бер джи разделены на 33 группы, отличающиеся друг от друга по морфологии, окраске по Граму, спорообразованию, типу дыхания и некоторым другим признакам. Патогенные и условно-патогенные бактерии относятся к 18 группам. Некоторые группы подразделены на подгруппы и семейства. Каждая группа, подгруппа, семейство включает многочисленные роды. В главе 20 Медицинская бактериология все рассмотренные бактерии расположены по группам, семействами родам, согласно последнему изданию определителя Берджи. Для названия микроорганизмов используется биноминальная номенклатура К. Линнея, согласно которой первое слово обозначает род, второе — вид. Обычно название рода дается по фамилии автора, открывшего или описавшего данный микроорганизм, либо по его принадлежности к определенной морфологической группе. Например, Vibrio, Streptococcus, Shygella, Neisseria. Видовое название связано с наименованием заболевания, либо с источником обитания, например С. diphteriae, V. cholerae, Е. В микробиологии широко применяются специальные термины штамм, клон, чистая культура. Штаммом называют культуру, выделенную из определенного источника, или из одного итого же источника в разное время. Обычно штаммы обозначают либо протокольными номерами, либо по источнику выделения (человек, животное, внешняя среда, либо по местности (городу, где он был выделен. Например, вирусы гриппа Гонконг, Сингапур. Штамм — более узкое понятие, чем вид. Штаммы одного итого же вида могут быть идентичными или различаться по некоторым признакам, не выходящим за пределы вида. Клоном называют культуру микроорганизма, выделенную из одной клетки (одноклеточная культура). Чистая культура представляет собой микробные особи одного итого же вида, выращенные из изолированной колонии, выращенной на твердой питательной среде. В практических бактериологических лабораториях принадлежность выделенной бактериальной культуры к определенному виду идентификация культуры) проводится по фенотипическим признакам морфологическим, тинкториальным (отношение к красителям, особенно к окраске по Граму), культуральным, биохимическим (ферментация углеводов, образование индола, сероводорода и других соединений, антигенным в серологических реакциях in Вопросы для самоконтроля. Дайте определение виду, различным разновидностям микробных клеток (биовар и др, штамму и клону. Какие признаки лежат в основе современной таксономии микроорганизмов Дайте характеристику каждому из них. Какие таксономические системы используются в систематике бактерий ГЛАВА З МОРФОЛОГИЯ, УЛЬТРАСТРУКТУРА И ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ МИКРООРГАНИЗМОВ (БАКТЕРИЙ) В настоящее время установлены принципиальные различия в организации и функционировании клеток прокариот и эукариот. Прежде всего, они заключаются в отсутствии у прокариот мембран, с помощью которых органеллы микробной клетки (ядро, митохондрии, рибосомы и др) отграничены от цитоплазмы. Система мембрану прокариот представлена только цитоплазматической мембраной, отделяющей цитоплазму от клеточной оболочки или непосредственно от внешней среды. Вследствие этого при электронно-микроскопичес ком исследовании срезов клеток прокариот цитоплазма имеет вид мелкозернистой массы с включениями рибонуклеопротеиновых молекул, неорганизованных в эндоплазматическую сеть, но выполняющих рибосомальные функции. Ядро у прокариот, которое часто называют нуклеоидом, имеет фибриальную структуру и не отграничено от цитоплазмы ядерной мембраной. В клетках прокариот отсутствуют митохондрии, хлоропласты, пластинчатый комплекс Гольджи. Окислительно-восстанови тельные ферменты локализованы в производных образованиях цитоплазматической мембраны — мезосомах. У прокариот отсутствует митоз. Они размножаются путем бинарного деления и существуют в гаплоидном состоянии, вследствие чего диплоидность эукариот, имеющая огромное значение в их эволюции, не играет никакой роли в эволюции прокариот. У прокариот отсутствует также клеточный центр. Для них нетипичны внутриклеточные перемещения цитоплазмы и амебовидное движение. БАКТЕРИИ. Морфология По форме клеток собственно бактерии подразделяются на шаровидные, палочковидные и извитые (рис. Шаровидные бактерии кокки (coccus — зерно) имеют правильную сферическую или эллипсовидную форму. Одни Рис. 3.1. Формы бактерий (схематическое изображение них располагаются беспорядочно (микрококки), другие парами диплококки, третьи — цепочками из трех и более кокков (стрептококки, четвертые — в виде пакетов, состоящих из четырех (тетра кокки) или восьми (сардины) кокков. Это связано с особенностями их деления. В том случае, если они делятся в разных плоскостях, то образуются скопления, напоминающие виноградную гроздь (стафи- иококки). Деление в двух взаимоперпендикулярных плоскостях приводит к образованию тетракокков, в трех — сарцин. При делении водной плоскости дочерние клетки могут не отходить друг от друга, образуя диплококки и цепочки кокков — стрептококки. Патогенные бактерии чаще всего представлены стафилококками, стрептококками, реже микрококками. П а л очков и дн ы е бактерии, имеющие цилиндрическую форму, различаются по размерам, форме клеток и их концов, а также по расположению. Большинство из них имеют длину, превышающую иоперечник. Другие представляют собой крупные палочки с утолщениями на концах либо с обрубленными или заостренными концами. Они могут беспорядочно располагаться в виде одиночных клеток, иарами — диплобактерии, в виде цепочек — стрептобактерии. Пато- I енные виды относятся ко всем перечисленным формам палочковидных бактерий. И з витые формы бактерий представлены изогнутыми палочками, изгибы которых имеют один (холерный вибрион) или несколько оборотов (кампилобактерии) спирали Размеры бактерий измеряются в микрометрах, а их органеллы — в нанометрах1. Форма бактерий и их размеры имеют определенное таксономическое значение и являются важным критерием при их идентификации, поскольку это относительно стабильные признаки в строго определенных условиях культивирования на искусственных питательных средах. При описании отдельных семейств, родов и видов бактерий см. главу 20) будет указана каких форма, таки размеры. Ультраструктура Ультраструктура бактериальной клетки (рис. 3.2) отражает уникальность ее организации. С помощью элекгронно-микроскопичес- кого исследования ультратонких срезов бактерий (рис. 3.3), цитохими ческих и других методов исследования можно установить структуру определенных органелл, определить их химический состав и функциональную роль, которую они играют в процессе жизнедеятельности клетки. Бактериальная клетка окружена внешней оболочкой (рис. 3.2), которая состоит из капсулы, капсулоподобной оболочки и клеточной стенки. От их состава зависит способность клетки воспринимать анилиновые красители (тинктооиальные свойства. Капсулы в зависимости от степени выраженности подразделяют на микро- и мак рокапсулы. Первые обнаруживаются только при электронно-микро скопическом исследовании в виде микрофибрилл из мукополисахаридов, которые тесно прилегают к клеточной стенке. Макрокапсулы представляют собой выраженный слизистый слой, снаружи покрывающий клеточную стенку. Он состоит из полисахаридов и редко из полипептидов (например, у сибиреязвенных бактерий. Как правило, макрокапсулу образуют немногие виды патогенных бактерий (пневмококки и др) при неблагоприятных условиях среды, например в организме животных или человека. Однако у некоторых видов (клеб- сиеллы пневмонии) макрокапсула обнаруживается постоянно. К а псу л оп од об на я оболочка липидо-полисаха- ридное образование, сравнительно непрочно связанное с поверхностью клетки, вследствие чего в отличие от капсулы может выделяться в окружающую среду. Капсула или капсулоподобная оболочка может быть покрыта эк зополисахаридами, которые образуются из углеводов окружающей среды под действием бактериальных ферментов. При этом глюканы и леваны обеспечивают прилипание бактерий к разным поверхнос- Рис. 3.2. Ультраструктура бактериальной клетки (схема капсула 2 — клеточная стенка 3 — цитоплазматическая мембрана — мезосомы; 5 — включения 6 —- гранулы рибосом 7 — нуклеоид (ДНК 8 — жгутик 9 — пили (ворсинки) Рис. 3.3. Стафилококк. Э лектоонная микроскопия Ульгратонкий срез. Ув. 80 ООО: Н — нуклеоид; М — мезосома; ЦМ — цитопламатическая мембрана; КС — клеточная стенка гям, часто гладким. Так, некоторые стрептококки прилипают к эмали зубов, сердечным клапанам. Капсула несет многообразные функции защитную, предохраняя клетку от неблагоприятных условий среды обитания, и адгезивную, способствуя прилипанию к поверхности (рецепторам) клетки хозяина. У некоторых бактерий сними связаны патогенные (см. 10.1) и антигенные (см. 13.3) свойства. Непатогенные бактерии также могут образовывать макрокапсулу, выполняющую, по-видимому, только защитную функцию. К лето ч на я стенка (КС) представляет собой биогетеро полимер сложного химического состава, который покрывает всю поверхность прокариотической клетки. Состав этого биогетерополиме ра неодинаков у разных бактерий. В конце XIX в. датским ученым Грамом была предложена дифференциальная окраска, благодаря которой бактерии были разделены на две группы, названные грамположительными и грамотрицательными. Первые сравнительно прочно удерживают анилиновые красители и не обесцвечиваются спиртом, вследствие чего они окрашиваются ген циан- или кристалвиолетом в фиолетовый цвет. Возможно это связано с образованием нерастворимого в спирте комплекса генциан-вио- лета с йодом. Грамотрицательные бактерии после обесцвечивания спиртом докрашиваются водным раствором фуксина в розовый цвет. Основу клеточной стенки всех бактерий составляет пептидогли- кан, обеспечивающий ригидность и эластичность КС. Структура пеп- тидогликана представлена параллельными полисахаридными (глика- новыми) цепями, состоящими из чередующихся звеньев N -ацетилг- люкозамина и N-ацетилмурамовой кислоты (рис. 3.4). С каждым остатком данной кислоты ковалентно связан тетрапептид, в состав которого входят четыре разные аминокислоты, в том числе лизин, либо диаминопимелиновая кислота (ДПК), встречающаяся только у бактерий. Каждая из упомянутых аминокислот имеет аминогруппы, образующие пептидные связи. При этом пептиды грамположительных бактерий связаны через пептидный мостик из 5 остатков глицина. У грамотрицательных бактерий ацетилмурановые кислоты в каждой гликановой цепи связаны через 2 однотипных тетрапептида. У грамположительных бактерий пептидогликан связан с тейхо- евыми и липотейхоевыми кислотами за счет чего он имеет многослойную структуру. Тейхоевые кислоты являются производными ри- ботола или глицерина. Они пронизывают пептидогликан насквозь или находятся на его поверхности. Липотейхоевые кислоты имеют такое же строение, но закреплены в цитоплазматической мембране. Они также пронизывают пептидогликан или располагаются между ними мембраной. С пептидогликаном могут быть связаны белки, которые располагаются снаружи. Например, белок Ау стафилококков, белок М у стрептококков. Все компоненты клеточной стенки грамположительных бактерий могут синтезироваться в избытке, ив этом случае они секретируются в окружающую среду. У грамотрицательных бактерий пептидогликан однослоен и покрыт наружной мембраной с мозаичным строением. В ее состав входит липопротеид, образующий глобулярный слой в результате кова- 1^ ’ / L - A i l* - D r jl y / 1 ГА л е - D Гну' І г Л н з - О - А я а Г I / Т - Ли- А я а ^ - Гл и - Г я и - Г ям Гл и - Г я и МАГУ г " L - A . . - D - r « y МН. Ц . ™ . - / L - n H « - D - A i i a и у р » и о « « і I L- Ли а - D - А я « - Г я н - Г я и - Г я н - Г я и - Г я и Га ц е т ил г я и коза и им МiаiiSiiibА я а - Г я у - ДАЛА л а ГА я а Г я у ДА ПА я а МА я а - Гл у - ДА ПА л а I— Ала і я я - Г я у - ДА ПА л а Г - М - в и е т ил гл і а - ЮННИН А л а - Г я у - ДА ПА лам м " -ж г г т -Д П Кама мм м оп мм ем и ос мг т Рис. 3.4. Структура пептидогликана: а — грамположительные бактерии (стафилококки — грамотрицательные бактерии (кишечная палочка) лентной связи с пептидогликаном. Он покрыт пластинчатой мембра- иоподобной структурой, состоящей из фосфолипидов, липополисаха- рида (ЛПС) и белков. Наружная мембрана пронизана белками-пори- иами — своеобразными выводными каналами, которые обеспечивают диффузию химических веществ из внешней среды в микробную клетку. Особое значение имеет ЛПС, содержащийся в значительном количестве в составе КС грамотрицательных бактерий. В структуре ЛПС имеется три звена основное (базисное, к одному концу которого присоединен липид (второе звено, а к противоположному — повторяющиеся звенья сахаров (третье звено, составляющих детерминан- гную группу (схема Кол -► Гал -► Гал Кол -----------► МАцГл МАцГл Гл —► Гал -Гл -► Геп -► КДО + I Гал ЛипидА п п = 20— 50 Базисное звено Детерминантные группы С хе м а 3.1 Базисное звено представляет собой полисахариду грамотрицательных бактерий, включающий глюкозу (Гл, галактозу (Гал), N -аце- тилглюкозамин (Ац-Гл) и 2-кето-З-дезоксиоктонат (КДО). Повторяющиеся звенья детерминантной группы неодинаковы у разных видов бактерий. В них входят галактоза, манноза, рамноза, N -ацетилглюко- замин и редко встречающиеся сахара [абеквоза, колитоза (Кол, тиве- лоза и др.]. У грамотрицательных бактерий между клеточной стенкой и цитоплазматической мембраной расположено |