Микробиология Борисов Л.В. Микробиология Борисов Л. Литература для студентов медицинских вузов
 Скачать 27.52 Mb.
|
|
периплазматическое пространство, заполненное гидролитическими ферментами, рибонукле- азой 1, фосфатазой, Р-лактамазой и др. В периплазматическом пространстве происходит расщепление большинства питательных веществ, поступающих в бактериальную клетку. У грамположительных бактерий упомянутые ферменты непосредственно выделяются в окружающую среду. КС у бактерий выполняет многочисленные функции придает клетке определенную форму, защищает ее от воздействий окружающей среды, несет на своей поверхности разнообразные рецепторы, к которым прикрепляются фаги см. 5.4), колицины и химические соединения. Через КС в клетку поступают питательные вещества и выделяются продукты обмена. Функциональное значение пептидогликана состоит в том, что он придает КС ригидность и эластичность. С ним связаны антигены у грамположительных бактерий. ЛПС обладает антигенными и токсическими свойствами, поэтому его часто называют эндотоксином см. Вместе стем пептидогликан является мишенью для действия некоторых антибиотиков, главным образом пенициллинов, и фермента лизоцима, хотя они обладают разным механизмом действия. Пенициллин нарушает образование тетрапептидных связей, лизоцим разрушает гликозидные связи между мурамовой кислотой и ацетилглю- козамином. При действии пенициллина на растущую бактериальную культуру образуются безоболочечные формы бактерий, лишенные клеточной стенки. Их называют про топ ластами, сфер оп ластами и формами. Первые полностью лишены КС, вторые — частично. Они приобретают сферическую форму вследствие отсутствия пептидогликана. В обычной изотонической среде прото пласты и сферопласты подвергаются плазмолизу. Только в гипертонической среде, приготовленной из растворов сахарозы или хлорида натрия, клетки сохраняют слабую метаболическую активность, но утрачивают способность к размножению Бактерии, полностью или частично утратившие клеточную стенку, но сохранившие способность к размножению, получили название форм в честь института им. Д. Листера (Англия, в котором они были впервые выделены. Независимо от формы исходной клетки (кок Рис 3.5. Жгутики и пили у E.coli. Электронная микроскопия. Ув. 80 ООО к и, палочки) формы этих бактерий морфологически неразличимы. ( ни представляют собой сферические образования разных размеров. I -формы могут возникать в естественных условиях в организме че- иовека в результате длительного лечения некоторыми антибиотиками, чаще всего пенициллином. Различают нестабильные и стабильные формы бактерий. Пер- ные способны к реверсии в исходный вид при устранении причины, нызвавшей их образование. Они восстанавливают способность син- I оировать пептидогликан клеточной стенки. Вторые, как правило, неспособны к реверсии. формы разных бактерий играют существенную роль в патогенезе многих инфекционных заболеваний. Ж г у тики. На поверхности ряда бактериальных клеток распо- нагаются жгутики (рис. 3.5). В их состав входит белок флагелин, который по своей структуре относится к сократимым белкам типа миозина. Жгутики прикрепляются к базальному телу, состоящему из шстемы нескольких дисков, вмонтированных в цитоплазматическую мембрану и КС. Количество и расположение жгутиков у разных бак- ісрий неодинаково. Монотрихи имеют на одном из полюсов клетки голько один жгутик, лофотрихи пучок жгутиков, у амфитрихов жгутики расположены на обоих полюсах клетки, ау перитрихов — по всей ее поверхности. Активная подвижность бактерий обусловлена вращательными шижениями жгутиков, подобно корабельному винту, либо пропеллеру (монотрихи, лофотрихи. Наряду с беспорядочным движением ішктерии могут передвигаться направленно путем хемотаксиса, аэро- тксиса, обусловленного разной концентрацией кислорода, и фото- .іксиса. Скорость движения бактерий связана с расположением жгутиков, составом и свойствами питательной среды. Жгутики обладают антигенными свойствами. П или синоним ворсинки, фимбрии) — тонкие полые нити белковой природы длиной 0,3-10 мкм, толщиной 10 нм, покрывающие поверхность бактериальных клеток. В отличие от жгутиков не выполняют локомоторную функцию. По своему функциональному назначению подразделяются на несколько типов. Пили 1 общего типа обусловливают прикрепление или адгезию бактерий к определенным клеткам организма хозяина. Их количество велико — от нескольких сотен до нескольких тысяч на одну бактериальную клетку. Адгезия является первоначальной стадией любого инфекционного процесса см. Пили 2 типа (синоним конъюгативные, или половые, пили — sex pili) участвуют в конъюгации бактерий см. 6.8.3), обеспечивающей перенос части генетического материала от донорной клетки к реци- пиентной. Они имеются только у бактерий-доноров в ограниченном количестве (1-4 на клетку). Ц и топ лаз мат и ческа яме м бра на (ЦМ) является жизненно необходимым структурным компонентом бактериальной клетки. Она ограничивает протопласт, располагаясь непосредственно под клеточной стенкой. ЦМ в химическом отношении представляет собой липопротеин, состоящий из 15-30% липидов и 50-70% протеинов. Кроме того, в ней содержится около 2-5% углеводов и незначительное количество РНК. В состав мембранных липидов входят главным образом нейтральные липиды и фосфолипиды. У некоторых бактерий встречаются гликолипиды, ау микоплазм — стеролы. Липидный состав мембран непостоянен в качественном и количественном отношении. У одного итого же вида бактерий он изменяется в зависимости от условий ее культивирования на питательной среде и возраста культуры. Разные виды бактерий отличаются друг от друга по липидному составу своих мембран. Мембранные белки разделяются на структурные и функциональные. К последним относятся ферменты, участвующие в биосинтезе разных компонентов КС, который происходит на поверхности ЦМ, а также окислительно-восстановительные ферменты, пермеазы и др. ЦМ является сложно организованной структурой, состоящей из трех слоев, которые выявляются при электронно-микроскопическом исследовании. Двойной фосфолипидный слой пронизан глобулинами, которые обеспечивают транспорт веществ в бактериальную клетку. ЦМ выполняют жизненно важные функции нарушение которых приводит бактериальную клетку к гибели. К ним относится прежде всего регуляция поступления в клетку метаболитов и ионов, участие в метаболизме, репликации ДНК, ау ряда бактерий в спорообразовании и т.д. М е з ос омы являются производными ЦМ. Они имеют неодинаковое строение у разных бактерий, располагаясь в разных частях клетки либо в виде концентрических мембран, либо пузырьков, трубочек, либо в форме петли, характерной в основном для грамотрицательных бактерий. Мезосомы связаны с нуклеоидом. Они участвуют в делении клетки и спорообразовании. Ц и топ лаз м ау прокариот, также как и у эукариот, представляет собой сложную коллоидную систему, состоящую из воды (около 75%), минеральных соединений, белков, РНК и ДНК, которые входят в состав органелл нуклеоида, рибосом, мезосом, включений. Н у кл е о и д (см. рис. 3.2, 3.3) является эквивалентом ядра эукариот, хотя отличается от него по своей структуре и химическому составу. Он лишен ядерной мембраны, не содержит хромосом, не делится митозом. В составе нуклеоида отсутствуют основные белки — гистоны. Исключение составляют только некоторые бактерии. В нем содержится двунитевая молекула ДНК, а также небольшое количество РНК и белков. Молекула ДНК с молекулярной массой (2-3) х 109 представляет собой замкнутую кольцевую структуру, в которой закодирована вся наследственная информация клетки, те. геном клетки. По аналогии с хромосомами эукариот бактериальная ДНК часто обозначается как хромосома. При этом следует помнить, что она представлена в клетке в единственном числе, поскольку бактерии являются гаплоидными. Однако перед делением клетки число нуклеоидов удваивается, а вовремя деления увеличивается дои более. Наряду с нуклеоидом в цитоплазме могут находиться автономные кольцевые молекулы двунитевой ДНК с меньшей молекулярной массой, которые получили название плазмид см. 6.2.1). В них также закодирована наследственная информация. Однако она не является жизненно необходимой для бактериальной клетки. Р ибо сомы у бактерий представляют собой рибонуклеопро- теиновые частицы размером 20 нм, состоящие из двух субъединиц 30S и 50S. Перед началом синтеза белка происходит объединение этих субъединиц в одну — 70S. В отличие от клеток эукариотов рибосомы бактерий не объединены в эндоплазматическую сеть. Бактериальные рибосомы, являющиеся белоксинтезирующими системами клеток, могут стать мишенью для действия многих антибиотиков. В ключе ни я являются продуктами метаболизма про- и эука риотических микроорганизмов, которые располагаются в их цитоплазме и используются в качестве запасных питательных веществ. К ним относятся включения гликогена, крахмала, серы, полифосфата (волютина) и др. У некоторых бактерий, например дифтерийной па СИ Рис. З.б. Спорообразование у бактерий (схема а, б — образование перегородки в, г — окружение протопласта споры протопластом материнской клетки д — образование кортекса и оболочек споры лочки, включения волютина имеют дифференциально-диагностичес кое значение. Они обладают способностью к метахромазии (окрашиваются виной цвет, чем цвет красителя). С поры исп о ро образование. Споры бактерий можно рассматривать как форму сохранения наследственной информации бактериальйой клетки в неблагоприятных условиях внешней среды. Способностью к спорообразованию обладает сравнительно небольшое число как патогенных, таки непатогенных бактерий. К первым относятся бактерии родов Bacillus, Clostridium, ко вторым — сапрофитные представители упомянутых родов и некоторые кокки. Процесс спорообразования (рис. 3.6, 3.7) начинается сформирования спорогенной зоны внутри бактериальной клетки, представляющей собой уплотненный участок цитоплазмы с расположенным в нем нуклеоидом. Затем происходит образование проспоры путем изолирования спорогенной зоны от остальной части цитоплазмы с помощью врастающей внутрь клетки ЦМ. Между внутренними наружным слоями последней образуется кортекс, состоящий из особого пеп тидогликана. В дальнейшем внешняя сторона мембраны покрывается плотной оболочкой, в состав которой входят белки, липиды и другие соединения, не встречающиеся у вегетативных клеток. К ним относится дипиколиновая кислота, обусловливающая термоустойчивость споры, и др. Затем вегетативная часть клетки отмирает, и спора сохраняется во внешней среде в течение длительных сроков, измеряемых многими месяцами и годами. Способность ряда патогенных бактерий образовывать длительно сохраняющиеся во внешней среде споры, обладающие высокой тер моустойчивостью, обусловлена низким содержанием воды, повышен Рис 3.7. Клостридии столбняка. Формирование споры . Электронная микроскопия. te ta n l Форхаровянае саоры ной концентрацией кальция, структурой и химическим составом ее оболочки. Чрезвычайно высокая устойчивость спор к физическими химическим факторам имеет существенное эпидемиологическое значение, поскольку способствует сохранению источника инфекции и загрязнению окружающей среды. Споры многих патогенных бактерий выдерживают кратковременное кипячение, устойчивы к действию небольших концентраций де зинфектантов. Загрязнение спорами патогенных бактерий поврежденных участков кожи может привести к возникновению раневой инфекции и столбняка. В благоприятных условиях спора прорастает в вегетативную клетку. Спора набухает, что связано с увеличением в ней количества воды, активированием ферментов, участвующих в энергетическом и пластическом метаболизме. Далее происходит разрушение оболочки споры и выход из нее ростовой трубки, после чего завершается синтез клеточной стенки и сформировавшаяся вегетативная клетка начинает делиться. Прорастание споры происходит в течение 4-5 ч, в то время как образование спор продолжается до 18-20 ч. Вместе стем способность бактерий образовывать споры, различающиеся по форме размерами локализации в клетке, является таксономическим признаком, который используется для их дифференцировки и идентификации. СПИРОХЕТЫ Спирохеты (sp ira — виток, ch a ite— волосы) (см. рис. 3.1) представляют собой тонкие спирально извитые нити, изогнутые вокруг центральной оси, которая, по-видимому, является пучком слившихся фибрилл. Патогенные виды относятся к трем родам Treponema, Borrelia, Leptospira, отличающимся друг от друга структурным особенностями, количеством завитков, типом движения и другими признаками. В структурном отношении клетки спирохет представляют ЭМ Рис. 3.8. Бледная трепонема. Электронная микроскопия. Ультратонкий срез. Ув. 131 ООО: ч — чехол б — блефаропласт Ф — фибриллы собой цитоплазматические цилиндры, отграниченные цитоплазматической мембраной (ЦМ) от тонкой и эластичной клеточной стенки (КС), которая состоит из наружной мембраны и пептидогликанового слоя. Между ЦМ и цитоплазматическим цилиндром спирохет расположены фибриллы, состоящие, также как и жгутики бактерий, из белка флагеллина. У трепонем (рис. 3.8) и боррелий имеется два пучка фибрилл, прикрепленных к дисковидным образованиям — бле- фаропластам, расположенным на обоих концах цилиндра и направленных навстречу друг другу. У лептоспир единичные фибриллы прикреплены на концах клетки к блефаропластам. Фибриллы обеспечивают разные типы движения спирохет поступательное, вращательное и сгибательное. Спирохеты, особенно трепонемы, в отличие от других бактерий плохо воспринимают анилиновые красители. Их, также как простейших, окрашивают краской Романовского-Гимза. Кроме того, для выявления спирохет используют нативные препараты, которые микроскопируют в темнопольном или фазово-кон трастном микроскопе (рис. 20.52). 3.3. АКТИНОМИЦЕТЫ Актиномицеты (actis — луч, myces — гриб) — лучистые грибы, относятся к роду Actinomyces. Они представляют собой нитевидные ветвистые клетки, напоминающие мицелий грибов или в результате фрагментации мицелия имеющие вид палочек. Ультраструктура актиномицетов принципиально не отличается от бактерий. Они имеют клеточную стенку, цитоплазматическую мембрану, которая отграничивает цитоплазму, где содержится нуклеоид, рибосомы, внутриклеточные включения. Мезосомы актиномицетов также являются производными цитоплазматической мембраны. Однако в составе пептидогликана некоторых актиномицетов обнаружены арабиноза, галактоза и др, отсутствующие у бактерий сахара. Подавляющее большинство актиномицетов являются свободножи- пущими сапрофитными микроорганизмами. Патогенные виды встречаются среди представителей родов Actinomyces и Nocardia. Первые имеюі вид длинных или коротких разветвленных палочек, не образующих воздушного мицелия. Они являются возбудителями актиномикоза человека. В организме человека или животных актиномицеты формируют так называемые друзы, являющиеся своеобразными скоплениями мицелия. Представители рода Nocardia напоминают микобактерии см. 20.3.3), но отличаются от них нитевидной формой клеток, образующих на питательных средах субстратный и воздушный мицелий. Они вызывают нокардиоз. Некоторые стрептомицеты вызывают у человека кожные мицетомы. Многие актиномицеты, средой обитания которых являются почва, образуют антибиотики, широко применяющиеся в медицинской практике. Актиномицеты выявляют также, как бактерии в мазках, окрашенных простыми методами либо по методу Грама. 3.4. РИККЕТСИИ Риккетсии — прокариотические микроорганизмы, названные в честь американского микробиолога Г. Риккетса, погибшего в результате лабораторного заражения сыпным тифом. Риккетсии относятся к нескольким родам. Они представляют собой мелкие (0,3-0,6 х 0,4 2 мкм) полиморфные бактерии, имеющие кокко видную, палочковидную или нитевидную форму. Клеточная стенка построена по типу грамотрицательных бактерий (рис. 3.9). Риккетсии являются облигатными внутриклеточными паразитами. Многие виды патогенны для людей, вызывая острые лихорадочные заболевания — риккетсиозы. Рис. 3.9. Риккетсии Провацека. Электронная микроскопия. Ультратонкий срез. Ув. 100 ООО: МКС — мембрана клеточной стенки ЦМ — цитоплазматическая мембрана Н — нуклеоид Риккетсии выявляют в мазках, окрашенных по методу Здродовс- кого, и при электронной микроскопии. ХЛАМИДИИ Хламидии представляют собой мелкие бактериоподобные неподвижные бескапсульные грамотрицательные бактерии. Они относятся к роду Chlamidia, включающему патогенные для человека внутриклеточные паразиты. Вне клеток хозяина хламидии существуют в виде элементарных телец сферической формы размерами мкм (рис. 3.10), В клетке хозяина они превращаются в ретикулярные тельца, которые начинают делиться. В результате деления в клетке образуются внутрицитоплазматические включения — мик роколонии хламидий, содержащие промежуточные формы их развития. Покидая клетку, они превращаются в элементарные тельца. Цикл развития хламидий продолжается в течение 40-72 ч. Хламидии выявляют в мазках, окрашенных краской Романовско- го-Гимза, а также при электронной микроскопии. Рис. 3.10. Хламидии Электронная микроскопия Ув. 100 000: ЭТ ■ — элементарное тельце РТ — ретикулярное тельце МКС — мембрана клеточной стенки ЦМ — цитоплазматическая мембрана Н — нукле- оид; ВЦС — внутрицитоплаз матические структуры; КС — клеточная стенка 3.6. МИКОПЛАЗМЫ И УРЕАПЛАЗМЫ Микоплазмы и уреаплазмы — бактерии, утратившие клеточную стенку в процессе эволюции. Они выделены в два рода Mycoplasma и Ureaplasma, отличающиеся друг от друга по биохимическим признакам. Важнейшим из них является способность уреа- илазм вызывать гидролиз мочевины. Они представляют собой мелкие сферические или овоидные клетки диаметром 0,2 мкм. Наряду сними встречаются крупные шаровидные клетки, достигающие в диаметре 1,5 мкм, и нитевидные вет- иящиеся клетки длиной до 150 мкм. Их характерной особенностью является отсутствие клеточной стенки. Клетки микоплазм и уреаплазм окружены мембраной, покрытой снаружи капсулоподобным слоем. У некоторых видов внешний слой мембраны имеет большую толщину рис. Микоплазмы неподвижны, не образуют спор. Наряду с непатогенными существуют патогенные виды, вызывающие различные заболевания у людей. Н — нуклеоид; КМ — клеточная мембрана Вопросы для самоконтроля. Каковы основные различия в ультраструктуре клеток прокариотичес ких и эукариотических микроорганизмов. Какова структура, химический состав и функции жгутиков, капсул, клеточной стенки, цитоплазматической мембраны бактериальных клеток. Отметьте особенности строения нуклеоида, рибосом и мезосом у бактерий. В чем состоит процесс спорообразования у бактерий Каковы особенности химического состава бактериальных спори их значение в эволюции бактерий. Каковы особенности хламидий, микоплазм и риккетсий. Какие компоненты клеточной стенки присущи н еполож ительны м бактериям. Какие компоненты клеточной стенки имеются только у грамотрицательных бактерий? |